Mae laserau wedi chwyldroi'r byd ers y 1960au ac maent bellach yn offer anhepgor ar gyfer cymwysiadau modern yn amrywio o lawdriniaeth flaengar a gweithgynhyrchu manwl gywir i drosglwyddo data ffibr-optig.
Ond wrth i'r galw am gymwysiadau laser gynyddu, felly hefyd yr heriau. Er enghraifft, mae marchnad gynyddol ar gyfer laserau ffibr, sydd bellach yn cael eu defnyddio'n bennaf mewn cymwysiadau torri, weldio a marcio diwydiannol.
Mae laserau ffibr yn defnyddio ffibrau optegol wedi'u dopio ag elfennau daear prin (erbium, ytterbium, neodymium, ac ati) fel ffynhonnell enillion optegol (y rhan sy'n cynhyrchu'r golau laser). Mae laserau ffibr yn allyrru trawstiau o ansawdd uchel gyda phŵer allbwn uchel, effeithlonrwydd uchel, cynnal a chadw isel, gwydnwch, ac maent fel arfer yn llai na laserau nwy. Mae laserau ffibr hefyd yn "safon aur" ar gyfer sŵn cyfnod isel, sy'n golygu y gall eu trawstiau fod yn sefydlog dros gyfnodau hir o amser.
Er gwaethaf hyn, mae galw cynyddol am finiatureiddio laserau ffibr ar raddfa sglodion. Mae laserau ffibr sy'n seiliedig ar erbium o ddiddordeb arbennig oherwydd eu bod yn bodloni'r holl ofynion ar gyfer cadw cydlyniad a sefydlogrwydd y laser yn uchel. Fodd bynnag, mae sut i gynnal perfformiad laserau ffibr ar raddfeydd bach wedi bod yn her i laserau ffibr bach.
Yn awr, mae gwyddonwyr dan arweiniad Dr. Yang Liu a'r Athro Tobias Kippenberg yn EPFL wedi gwneud y laserau tonfeddi wedi'u hintegreiddio â sglodion wedi'u hintegreiddio â sglodion gyda pherfformiad sy'n agos at berfformiad laserau ffibr, tra'n cyfuno defnyddioldeb tunadwyedd tonfedd eang a ffotonig ar raddfa sglodion. integreiddio. Cyhoeddwyd yr astudiaeth yn Nature Photonics.
Adeiladu laserau ar raddfa sglodion
Datblygodd yr ymchwilwyr laserau erbium ar raddfa sglodion gan ddefnyddio prosesau gwneuthuriad o'r radd flaenaf. Fe wnaethant adeiladu ceudod optegol ar-sglodyn un metr o hyd yn gyntaf (set o ddrychau sy'n darparu adborth optegol) yn seiliedig ar gylched integredig ffotonig silicon nitrid colled isel iawn.
Dywedodd Dr. Yang Liu, "Er gwaethaf y maint sglodion cryno, roeddem yn gallu dylunio'r ceudod laser i fod yn un metr o hyd diolch i integreiddio'r cyseinyddion microvia hyn, sy'n ymestyn y llwybr optegol yn effeithiol heb ehangu'r ddyfais yn gorfforol."
Yna mewnblannodd y tîm grynodiad uchel o ïonau erbium yn y gylched i gynhyrchu'n ddetholus y cyfrwng cynnydd gweithredol sydd ei angen ar gyfer lasio. Yn olaf, fe wnaethant integreiddio'r gylched â laser pwmp lled-ddargludyddion Grŵp III-V i gyffroi'r ïonau erbium i allyrru golau a chynhyrchu pelydr laser.
Er mwyn mireinio perfformiad y laser a chyflawni rheolaeth fanwl gywir ar donfedd, dyfeisiodd yr ymchwilwyr ddyluniad intracavity arloesol yn cynnwys hidlydd micromandyllog seiliedig ar Vernier, hidlydd optegol sy'n caniatáu ar gyfer dewis amledd optegol penodol.
Mae'r hidlydd hwn yn caniatáu tiwnio'r donfedd laser yn ddeinamig dros ystod eang o donfeddi, gan ei gwneud yn hyblyg ac yn addas ar gyfer amrywiaeth eang o gymwysiadau. Mae'r dyluniad hwn yn cefnogi laserau un modd sefydlog gyda llinelliad mewnol hynod gul o 50 Hz yn unig.
Mae hefyd yn cynnwys ataliad modd ochr sylweddol, lle mae'r laser yn gallu allyrru golau ar un amledd sefydlog tra'n lleihau dwyster amleddau eraill ("moddau ochr"). Mae hyn yn sicrhau allbwn "glân" a sefydlog ar draws yr ystod sbectrol gyfan ar gyfer cymwysiadau manwl uchel.
Delwedd optegol o laser integredig hybrid yn seiliedig ar gylched integredig ffotonig wedi'i dopio erbium, gan gynnig cydlyniad laser ffibr a thiwniadwyedd amledd anghyraeddadwy o'r blaen.
Pŵer, Manwl, Sefydlogrwydd a Sŵn Isel
Mae gan y laser ffibr erbium graddfa sglodion bŵer allbwn o fwy na 10 mW a chymhareb gwrthod modd ochr o fwy na 70 dB, sy'n well na llawer o systemau confensiynol.
Mae ganddo hefyd linewidth cul iawn, sy'n golygu bod y golau y mae'n ei allyrru yn bur a sefydlog iawn, sy'n bwysig ar gyfer cymwysiadau cydlynol megis synhwyro, gyrosgopau, LIDAR a metroleg amledd optegol.
Mae'r hidlydd Vernier sy'n seiliedig ar ficro-agorfa yn caniatáu i'r laser gael tunfedd tonfedd eang o 40 nm yn y band C a'r band L (yr ystod tonfedd a ddefnyddir ar gyfer telathrebu), gan berfformio'n well na laserau ffibr confensiynol o ran tiwnio a pigyn sbectrol isel. mae metrigau ("spikes" yn amleddau diangen), tra ar yr un pryd yn gydnaws â phrosesau gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion cyfredol yn parhau i fod yn gydnaws.
Laserau'r Genhedlaeth Nesaf
Mae miniatureiddio ac integreiddio laserau ffibr erbium i ddyfeisiau graddfa sglodion yn lleihau eu cost gyffredinol, gan ganiatáu iddynt gael eu defnyddio mewn systemau cludadwy, integredig iawn mewn telathrebu, diagnosteg feddygol ac electroneg defnyddwyr.
Gall hefyd leihau technoleg optegol ar gyfer amrywiaeth o gymwysiadau eraill, megis LIDAR, ffotoneg microdon, synthesis amledd optegol a chyfathrebu gofod rhydd.
