Forskere fra University of Rochester og University of California, Santa Barbara, konstruerede en laserenhed, der er mindre end en krone, som de siger, kunne drive alt fra LIDAR-systemerne, der blev brugt i selvkørende køretøjer til gravitationsbølgedetektion, en af de mest delikate eksperimenter, der eksisterer for at observere og forstå vores univers.
Laserbaserede måleteknikker, kendt som optisk metrologi, kan bruges til at undersøge de fysiske egenskaber ved genstande og materialer. Men den nuværende optiske metrologi kræver voluminøst og dyrt udstyr for at opnå delikat laserbølgekontrol, hvilket skaber en flaskehals til implementering af strømlinede, omkostningseffektive systemer.
Den nye chipskala-laser, der er beskrevet i et papir, der er offentliggjort i Lys: Videnskab og applikationerkan udføre ekstremt hurtige og nøjagtige målinger ved meget præcist at ændre sin farve på tværs af et bredt spektrum af lys til meget hurtige priser – cirka 10 kvintillion gange i sekundet.
I modsætning til traditionel siliciumfotonik er laseren lavet med et syntetisk materiale kaldet lithium niobat og udnytter et fysisk fænomen kendt som Pockels Effect, som ændrer brydningsindekset for et materiale, når der er et elektrisk felt.
“Der er flere applikationer, vi sigter mod, som allerede kan drage fordel af vores design,” siger Shixin Xue, en ph.d. Studerende rådgivet af Qiang Lin, dekanens professor i elektrisk og computerteknik og optik, som begge er blandt papirets forfattere.
“Den første er Lidar, der allerede bruges i autonome køretøjer, men en mere avanceret form kendt som frekvensmoduleret kontinuerlig bølge LiDAR kræver et stort indstillingsområde og hurtig indstilling af laserens frekvens, og det er hvad vores laser kan gøre.”
Forskerne demonstrerede, hvordan deres laser kunne bruges til at drive et LIDAR -system på en spindende disk og identificere bogstaverne U og R lavet af LEGO -blokke. De siger, at miniatyrdemonstrationen kunne skaleres op for at opdage køretøjer og forhindringer ved motorvejshastigheder og afstande.
Forskerne demonstrerede også, hvordan chip-skala-laser kunne bruges til pund-drevende-hall (PDH) laserfrekvenslåsning, en almindelig teknik, der bruges til at indsnævre, stabilisere og reducere en lasers støj.
“Det er en meget vigtig proces, der kan bruges til optiske ure, der kan måle tid med ekstrem præcision, men du har brug for en masse udstyr til at gøre det,” siger Xue og bemærker, at en typisk opsætning kan kræve instrumenter på størrelse med en stationær computer, såsom en iboende laser, en isolator, en akusto-optisk modulator og en fasemodulator. “Vores laser kan integrere alle disse ting i en meget lille chip, der kan indstilles elektrisk.”