Forscher haben einen kompakten modengekoppelten Laser entwickelt, der in eine nanophotonische Plattform integriert ist und leistungsstarke, ultraschnelle Lichtimpulse erzeugen kann. Dieser Durchbruch in der miniaturisierten MLL-Technologie wird die Anwendungsfelder der Photonik erheblich erweitern. Um eine Technologie zu verbessern, die normalerweise sperrige Tischgeräte erfordert, haben QuishiGuo und Kollegen modengekoppelte Laser (MLLs) auf die Größe optischer Chips verkleinert und sie in eine Nanophotonik-Plattform integriert. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Entwicklung ultraschneller nanophotonischer Systeme breite Anwendungsperspektiven hat.
Modengekoppelte Laser (MLLs) können kohärente ultrakurze Lichtimpulse mit extrem hohen Geschwindigkeiten erzeugen – im Pikosekunden- und Femtosekundenbereich. Diese Geräte unterstützen zahlreiche Technologien in der Photonik, darunter extreme nichtlineare Optik, Zwei-Photonen-Mikroskopie und optisches Rechnen.
Allerdings sind die meisten MLLs teuer, stromhungrig und erfordern sperrige diskrete optische Komponenten und Geräte. Daher ist der Einsatz ultraschneller photonischer Systeme häufig auf Desktop-Laborexperimente beschränkt. Darüber hinaus leiden sogenannte „integrierte“ MLLs, die zum Antrieb nanophotonischer Plattformen verwendet werden, unter schwerwiegenden Einschränkungen, wie etwa geringer Spitzenleistung und mangelnder Steuerbarkeit.
Durch die Hybridintegration eines optischen Halbleiterverstärkerchips mit einer neuartigen nanophotonischen Dünnschichtschaltung aus Lithiumniobat konnten Guo et al. schuf eine integrierte MLL in der Größe eines optischen Chips.
Nach Angaben der Autoren kann diese MLL ultrakurze optische Impulse von etwa 4,8 Pikosekunden bei etwa 1065 nm mit einer Spitzenleistung von etwa 0,5 Watt erzeugen und ist damit die integrierte MLL mit der höchsten Ausgangsimpulsenergie und Spitzenleistung unter den nanophotonischen Plattformen.
Darüber hinaus zeigen die Forscher, dass die Wiederholungsrate des integrierten MLL im Bereich von ~200 MHz angepasst und die Kohärenzeigenschaften des Lasers präzise gesteuert werden können, was den Weg zu einer vollständig stabilen Nanophotonen-Frequenzkammquelle auf dem Chip ebnet.
Referenz: „Ultraschnelle modengekoppelte Laser in nanophotonischem Lithiumniobat“, Autor: Qiushi Guo, Benjamin K. Gutierrez, Ryoto Sekine, Robert M. Gray, James A. Williams, Luis Ledezma, Luis Costa, Arkadev Roy, Selina Zhou, Mingchen Liu und Alireza Marandi, 9. November 2023, „Science“.
DOI:10.1126/science.adj5438
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily