Naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) osiągnęli znaczący postęp w dziedzinie laserów fotonicznych, rozwijając kompaktowe, zintegrowane lasery z synchronizacją modów. Ten przełom może fundamentalnie zmienić sposób wykorzystania ultrakrótkich impulsów laserowych w różnych dziedzinach, takich jak telekomunikacja, informatyka, biologia, chemia i fizyka.

Ultrakrótkie impulsy laserowe, trwające jedną bilionową sekundy lub krócej, są kluczowe do badań szybkich procesów fizycznych i chemicznych. Są one również wykorzystywane w precyzyjnym obrazowaniu, gdzie ich wysoka intensywność szczytowa i niska średnia moc minimalizują uszkodzenia próbek, takich jak tkanki biologiczne.

Dr Alireza Marandi, adiunkt inżynierii elektrycznej i fizyki stosowanej w Caltech, szczegółowo opisał w czasopiśmie Science nową metodę tworzenia laserów z synchronizacją modów na chipach fotonicznych. Używając komponentów nanoskalowych, te lasery mogą być zintegrowane z obwodami świetlnymi, otwierając drogę do stworzenia kompletnych systemów fotonicznych na układach scalonych.

Nowy laser nanofotoniczny z synchronizacją modów, oparty na niobianie litu, emituje zielone światło laserowe. Jest to ważny krok w kierunku stworzenia pełnego, ultraszybkiego systemu fotonicznego na jednym chipie. Marandi podkreśla, że integracja lasera z synchronizacją modów z innymi komponentami pozwoli na skonstruowanie kompletnego systemu fotonicznego na małej skali.

Znaczenie ultraszybkich laserów jest wyraźne, zwłaszcza w świetle tegorocznej Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, przyznanej za rozwój laserów generujących impulsy attosekundowe. Obecnie lasery te są jednak drogie i nieporęczne. Badania Marandiego mają na celu umożliwienie osiągania podobnych ram czasowych na mniejszych, tańszych chipach fotonicznych, co uczyniłoby ultraszybką technologię fotoniczną bardziej dostępną i powszechną.

Marandi zaznacza, że eksperymenty attosekundowe, obecnie prowadzone prawie wyłącznie za pomocą drogich laserów z synchronizacją modów, mogą być odtworzone w nanofotonice, co znacznie obniżyłoby ich koszty. Osiągnięcie to otwiera nowe możliwości dla przyszłości ultraszybkiej technologii laserowej. Dzięki możliwości tworzenia mniejszych, tańszych i wydajniejszych laserów badacze mogą odkrywać nowe granice w badaniach naukowych i zastosowaniach technologicznych.