Исследователи из Стэнфордского Университета создали титан-сапфировые (Ti:Sa) лазеры, которые в 10 тыс. раз меньше, чем любое предыдущее подобное устройство, и поместили их на чип.
До сих пор такие лазеры стоили более $100 тысяч. Однако, согласно новому подходу, описанному 26 июня в журнале Nature, учёные полагают, что их стоимость может снизиться до $100 за лазер.
Они также утверждают, что в будущем тысячи лазеров могут быть построены на одной четырёхдюймовой пластине, и стоимость каждого лазера станет минимальной. Эти маломасштабные лазеры могут быть использованы в будущих квантовых компьютерах, в нейронауке и даже в микрохирургии.
Экспериментальный лазер основывается на двух ключевых процессах. Сначала учёные измельчили сапфировый кристалл до слоя толщиной всего в несколько сотен нанометров. Затем они создали вихрь из крошечных гребней, на которые направили зелёный лазерный указатель. С каждым вращением в этом вихре интенсивность лазера увеличивалась.
«Одной из самых сложных частей была разработка платформы, — сказал Live Science соавтор исследования Джошуа Янг (Joshua Yang), докторант Стэнфордского Университета. — Сапфир — очень прочный материал. И когда вы его измельчаете, он часто трескается или повреждает инструмент, которым вы пытаетесь его измельчить.»
Когда же эта проблема была решена, Янг описал процесс как «плавное плавание». Однако он подчеркнул, что, несмотря на то что команда только начала работу, они уже могут «работать с полупроводниковой лазерной технологией, которая развивалась более десяти лет».
Одна из причин, почему команда так оптимистична, заключается в том, что их лазеры можно настраивать на разные длины волн — от 700 до 1000 нанометров, то есть от красного до инфракрасного спектра.
Это критично для атомных исследований, сказал Янг, приводя в пример твердотельные кубиты.
«Эти атомные системы требуют разных энергий [для перехода из одного состояния в другое], — отметил он. — Если вы покупаете один лазер с узким диапазоном усиления, а другой переход находится за пределами этого диапазона, вам понадобится другой лазер для работы с этой другой системой.»
Для коммерциализации технологии Янг и его коллеги создали компанию Brightlight Photonics.
«Первая реальная возможность, которую мы видим, — это рынок академических исследований, — сказал Янг. — Как исследователи, мы знаем о потребности в лазерах. И мы понимаем, что то, что мы можем предложить, намного лучше того, что сейчас представлено на рынке.»
И хотя Янг не стал уточнять точные цены, он отметил, что они будут зависеть от встроенных функций, но в любом случае будут на порядок ниже, чем у текущих Ti:Sa-лазеров.
Миниатюрные лазеры могут быть использованы в квантовых компьютерах, помогая сделать их гораздо компактнее. Они также могут произвести революцию в области оптогенетики, где учёные управляют нейронами с помощью света, направленного в мозг; в настоящее время для этого используются громоздкие оптические волоконные технологии. Наконец, миниатюрные Ti:Sa-лазеры могут применяться в лазерной хирургии.
Всё это зависит от того, смогут ли Янг и его коллеги в дальнейшем успешно миниатюризировать и массово производить технологию, чтобы сотни или даже тысячи лазеров поместились на одной четырехдюймовой пластине.
Тем не менее, Янг уверен в успехе, заявляя, что первый «настраиваемый лазер» для академических пользователей может поступить в продажу в течение двух лет.
«Потенциальные применения этих миниатюрных лазеров огромны, и кто знает, где мы будем через пять лет?» — добавил специалист.
