क्या चिप आकार के लेजर फाइबर लेजर की जगह ले सकते हैं?

हाल ही में, इकोले पॉलीटेक्निक फेडेरेल डी लौसेन (ईपीएफएल) के शोधकर्ताओं ने एक चिप-एकीकृत अर्बियम-डोप्ड वेवगाइड लेजर विकसित किया है, जो एक नए प्रकार का लेजर है, जिसका प्रदर्शन फाइबर लेजर के करीब है, तथा इसमें चिप-स्केल फोटोनिक एकीकरण की ट्यूनेबिलिटी और व्यावहारिकता का संयोजन है।
यह सर्वविदित है कि फाइबर लेजर लाभ माध्यम के रूप में दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के साथ डोप किए गए ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करते हैं। इसलिए, कार्बन डाइऑक्साइड जैसे गैस लेजर की तुलना में, उनके पास उच्च बीम गुणवत्ता, उच्च शक्ति, उच्च दक्षता, छोटे आकार और फाइबर आउटपुट और लचीले प्रसंस्करण प्लेटफार्मों के निर्बाध एकीकरण के फायदे हैं।
और चिप-स्केल फाइबर लेजर की मांग को पूरा करने के लिए, शोधकर्ताओं ने लाभ माध्यम के रूप में एर्बियम की ओर रुख किया। एर्बियम-आधारित फाइबर लेजर विशेष रूप से आशाजनक हैं क्योंकि वे उच्च सुसंगतता और स्थिरता बनाए रखने की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। हालाँकि, एर्बियम-आधारित फाइबर लेजर का लघुकरण लंबे समय से उनके अद्वितीय उच्च प्रदर्शन को बनाए रखने की कठिनाई के कारण हासिल करना मुश्किल रहा है।
इस उद्देश्य के लिए, शोधकर्ताओं ने सबसे पहले अल्ट्रा-लो-लॉस सिलिकॉन नाइट्राइड फोटोनिक इंटीग्रेटेड सर्किट पर आधारित एक मीटर-लंबी ऑन-चिप ऑप्टिकल कैविटी का निर्माण किया। इकोले पॉलीटेक्निक फेडेरेल डी लॉज़ेन में फोटोनिक्स और क्वांटम मापन की प्रयोगशाला के एक शोधकर्ता यांग लियू के अनुसार: कॉम्पैक्ट चिप आकार के बावजूद, हम इन माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर के एकीकरण की बदौलत एक मीटर-लंबी लंबाई के लेजर कैविटी को डिज़ाइन करने में सक्षम थे, जो भौतिक एम्पलीफायर उपकरणों की आवश्यकता के बिना ऑप्टिकल पथ को कुशलतापूर्वक बढ़ाते हैं।
बड़ी सफलता! चिप के आकार के लेजर फाइबर लेजर की जगह ले सकते हैं?
इसके बाद टीम ने लेज़िंग के लिए आवश्यक सक्रिय लाभ माध्यम को चुनिंदा रूप से उत्पन्न करने के लिए सर्किट में एर्बियम आयनों की उच्च सांद्रता प्रत्यारोपित की। अंत में, उन्होंने एर्बियम आयनों को उत्तेजित करने के लिए III-V सेमीकंडक्टर पंप लेज़रों के साथ सर्किट को एकीकृत किया ताकि वे प्रकाश उत्सर्जित कर सकें और एक लेज़र किरण उत्पन्न कर सकें।
लेजर के प्रदर्शन को बेहतर बनाने और सटीक तरंगदैर्घ्य नियंत्रण को सक्षम करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक अभिनव इंट्राकेविटी डिजाइन तैयार किया, जिसमें माइक्रो-रिंग-आधारित वर्नियर फिल्टर शामिल है, यह एक ऐसा फिल्टर है जो लेजर के प्रदर्शन को बेहतर बनाने और सटीक तरंगदैर्घ्य नियंत्रण को सक्षम करने के लिए एक विशिष्ट आवृत्ति पर प्रकाश का चयन करता है।
फ़िल्टर सी- और एल-बैंड दोनों में 40 एनएम लेजर तरंगदैर्ध्य की गतिशील ट्यूनिंग की अनुमति देता है, जो ट्यूनिंग और कम स्पेक्ट्रल स्पूरियस मेट्रिक्स दोनों में पारंपरिक फाइबर लेजर से आगे निकल जाता है, जबकि वर्तमान अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रियाओं के साथ संगतता बनाए रखता है। यह डिज़ाइन 50 हर्ट्ज की आंतरिक लाइनविड्थ के साथ स्थिर सिंगल-मोड लेसिंग का समर्थन करता है।
10 mW से ज़्यादा आउटपुट पावर और 70 dB से ज़्यादा साइड-मोड रिजेक्शन रेशियो के साथ, चिप-स्केल एरबियम-आधारित फाइबर लेजर कई पारंपरिक लेजर से बेहतर प्रदर्शन करता है। उनकी संकीर्ण लाइनविड्थ उन्हें शुद्ध और स्थिर प्रकाश उत्सर्जित करने की अनुमति देती है, जिससे वे सेंसिंग, जाइरोस्कोप, LIDAR और ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी मेट्रोलॉजी जैसे सुसंगत अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बन जाते हैं।
एरबियम फाइबर लेजर को चिप-स्केल डिवाइस में छोटा करके और एकीकृत करके उन्हें अधिक किफायती बनाया जा सकता है, जिससे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, चिकित्सा निदान और दूरसंचार में अत्यधिक एकीकृत मोबाइल सिस्टम के लिए नए अनुप्रयोग खुल सकते हैं। यह LIDAR, माइक्रोवेव फोटोनिक्स, ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी संश्लेषण और फ़्री-स्पेस संचार सहित कई अन्य अनुप्रयोगों में ऑप्टिकल तकनीकों को भी छोटा कर सकता है।