Yn ddiweddar, mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Stanford wedi gwneud datblygiad arloesol ym maes gweithgynhyrchu laser.
Maent wedi datblygu a ffugio laser saffir titaniwm yn llwyddiannus ar sglodyn, arloesedd sydd nid yn unig yn lleihau maint y laser o bedwar gorchymyn maint (hy, i un deg milfed o'r maint gwreiddiol), ond sydd hefyd yn lleihau'r gost gan tri gorchymyn maint (hy, dim ond i filfed ran o'r pris gwreiddiol).
"Mae hwn yn ddatblygiad aflonyddgar yn y patrwm traddodiadol," meddai'r Athro Jelena Vuckovic, Athro Arweinyddiaeth Fyd-eang ac awdurdod blaenllaw ar beirianneg drydanol. Fel uwch awdur yr erthygl sy'n manylu ar y laser saffir titaniwm graddfa sglodion hwn yn y cyfnodolyn Nature, mae hi'n gyffrous am y dyfodol: "Cyn bo hir, bydd unrhyw labordy yn gallu cael cannoedd o'r laserau perfformiad uchel hyn ar un sglodyn, yn lle hynny. o ddibynnu ar offer confensiynol swmpus a drud, bydd hefyd yn hynod o hawdd i'w weithredu, a bydd hyd yn oed yn bosibl ei yrru gyda phwyntydd laser gwyrdd."
Joshua Yang, Ph.D. ymgeisydd yn y labordy, yn ymhelaethu ymhellach ar oblygiadau pellgyrhaeddol y dechnoleg hon, "Bydd y laserau pwerus hyn yn gallu cael eu defnyddio mewn amrywiaeth eang o gymwysiadau pwysig am ffracsiwn o'r gost wrth i ni groesi drosodd o ddyfeisiau dosbarth bwrdd gwaith i gwneud cynhyrchion sy'n barod i gynhyrchu ar sglodyn." Bu'n gweithio ar yr ymchwil arloesol hon gyda chydweithwyr yn Labordy Nanoscale a Quantum Photonics yr Athro Vuckovic, gan gynnwys y peiriannydd ymchwil Kasper Van Gasse a'r ysgolhaig ôl-ddoethurol Daniil M. Lukin.
Yn dechnegol, mae laserau saffir titaniwm yn cael eu ffafrio oherwydd bod ganddyn nhw'r "lled band ennill" mwyaf o unrhyw grisial laser. Mae hyn yn golygu bod laserau saffir titaniwm yn gallu cynhyrchu ystod ehangach o donfeddi na laserau eraill. Yn ogystal, mae eu codlysiau ysgafn yn cael eu hallyrru'n gyflym iawn, unwaith bob triliwnfed eiliad. Heb os, bydd y nodweddion perfformiad rhagorol hyn yn cyfrannu'n fawr at gymhwysiad eang a datblygiad manwl technoleg laser mewn amrywiol feysydd.
Er mwyn adeiladu'r math newydd hwn o laser, fe wnaethant orchuddio'n fanwl gywir haen o grisialau saffir go iawn gyda haen o saffir titaniwm ar lwyfan silicon deuocsid. Yna cafodd y saffir titaniwm ei falu'n fân, ei ysgythru a'i sgleinio, a'i leihau i haen denau iawn ychydig gannoedd o nanometrau o drwch. Yn syth wedi hynny, fe wnaeth y tîm batrymu'r canllaw tonnau yn fanwl yn yr haen hynod denau hon o ddeunydd.
Mae'r dyluniad miniaturized hwn yn cynnig manteision sylweddol. O safbwynt mathemategol, dwyster yw'r gymhareb pŵer i arwynebedd. Felly, wrth gynnal yr un pŵer â laser ar raddfa fawr, bydd dwyster y laser yn cynyddu'n sylweddol oherwydd yr ardal lai. Nododd yr ymchwilwyr, "Mae maint bach y laser mewn gwirionedd yn ein helpu i wella effeithlonrwydd."
Yn ogystal, er mwyn gwella perfformiad y laser ymhellach, ymgorfforodd y tîm ymchwil wresogydd bach. Mae'r gwresogydd hwn yn cynhesu'r golau sy'n mynd trwy'r canllaw tonnau, gan ganiatáu hyblygrwydd i dîm Jelena Vuckovic addasu tonfedd y golau a allyrrir rhwng 700-1000 nanometr.
Mae'r laser saffir titaniwm hwn ar ficrosglodyn yn dangos cymwysiadau addawol mewn sawl maes. Mewn ffiseg cwantwm, mae'n cynnig ateb rhad ac ymarferol ar gyfer lleihau maint y cyfrifiaduron cwantwm o'r radd flaenaf. Ac ym maes niwrowyddoniaeth, mae ymchwilwyr Stanford yn rhagweld y caiff ei gymhwyso'n uniongyrchol mewn optogeneteg, maes sy'n caniatáu i wyddonwyr reoli a dylanwadu ar weithgaredd niwronaidd y tu mewn i'r ymennydd trwy olau, er gwaethaf swmp cymharol y dyfeisiau ffibr-optig a ddefnyddir yn gyffredin ar hyn o bryd.
Wrth edrych ymlaen, bydd y tîm yn parhau i fireinio dyluniad y laserau saffir titaniwm graddfa sglodion ac archwilio'r posibilrwydd o'u masgynhyrchu ar wafferi, miloedd o laserau ar y tro. Yr haf hwn, bydd Joshua Yang yn ennill doethuriaeth yn seiliedig ar yr ymchwil hon ac yn gweithio i ddod â'r dechnoleg hon i'r farchnad. Gallwn roi miloedd o laserau ar wafferi modfedd 4-, a bydd y gost fesul laser yn agos at sero," meddai'n hyderus. Bydd hyn yn sicr o danio chwyldro technolegol."
Cyfieithwyd gyda www.DeepL.com/Translator (fersiwn am ddim)
