20:47 2023-03-28
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Laserele îmbunătățite de conversie a culorii la scară de cip ar putea permite multe dispozitive cuantice de ultimă generație
_ Cip îmbunătățit -Laserele de conversie a culorilor la scară ar putea permite multe dispozitive cuantice de ultimă generație
În două studii noi, cercetătorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) au îmbunătățit considerabil eficiența și puterea de ieșire a unei serii de cipuri -scalează dispozitive care generează lumină laser la culori diferite în timp ce toate folosesc aceeași sursă laser de intrare.
Multe tehnologii cuantice, inclusiv ceasuri atomice optice miniaturale și viitoare computere cuantice, vor necesita simultan acces la culori laser multiple, foarte variate într-o regiune mică a spațiului. De exemplu, sunt necesare până la șase culori laser diferite pentru toți pașii necesari pentru un proiect de top bazat pe atom pentru calculul cuantic, inclusiv pregătirea atomilor, răcirea lor, citirea stărilor lor energetice și efectuarea operațiilor de logică cuantică.
Pentru a crea mai multe culori laser pe un cip, cercetătorul NIST Kartik Srinivasan și colegii săi au petrecut ultimii ani studiind dispozitive optice neliniare, cum ar fi cele din nitrură de siliciu, care au o proprietate specială: culoarea luminii laser. intrarea în dispozitiv poate diferi de culoarea care iese. În experimentul lor, lumina care vine este convertită în două culori diferite - care corespund la două frecvențe diferite. De exemplu, lumina laser în infraroșu apropiat incidentă asupra materialului este convertită în lumină laser vizibilă cu lungime de undă mai scurtă (la frecvență mai mare decât sursa) și în lumină laser infraroșu cu lungime de undă mai mare (la frecvență mai mică).
În Lucrările anterioare, echipa a demonstrat că acest proces de conversie, cunoscut sub numele de oscilație parametrică optică, poate avea loc într-un microrezonator cu nitrură de siliciu, un dispozitiv în formă de inel suficient de mic pentru a fi fabricat pe un cip. Lumina rulează în jurul inelului de aproximativ 5.000 de ori, creând o intensitate suficient de mare pentru ca nitrura de siliciu să o transforme în cele două frecvențe diferite. Cele două culori sunt apoi cuplate într-un canal dreptunghiular, de asemenea, făcut din nitrură de siliciu, care se află adiacent inelului și acționează ca o linie de transmisie, sau ghid de undă, transportând lumina acolo unde este nevoie.
The culorile specifice generate sunt determinate de dimensiunile microrezonatorului precum și de culoarea luminii laser de intrare. Deoarece în timpul procesului de fabricație sunt create multe microrezonatoare diferite cu dimensiuni ușor diferite, tehnica oferă acces la o gamă largă de culori de ieșire pe un singur cip, toate folosind același laser de intrare.
Cu toate acestea, Srinivasan și ai lui colegii, care includ cercetători de la Joint Quantum Institute (JQI), o colaborare între NIST și Universitatea din Maryland, au descoperit că procesul a fost extrem de ineficient. Mult mai puțin de 0,1% din lumina laser de intrare a fost convertită în oricare dintre cele două culori de ieșire care călătoresc în ghidul de undă. Echipa a urmărit cea mai mare parte a ineficienței la cuplarea slabă dintre inel și ghidul de undă.
În primul studiu, Srinivasan și colaboratorii săi NIST/JQI, conduși de Jordan Stone, au reproiectat ghidul de undă drept astfel încât să fie În formă de U și înfășurat în jurul unei porțiuni a inelului. Cu această modificare, cercetătorii au reușit să convertească aproximativ 15% din lumina primită în culorile dorite, de peste 150 de ori mai mult decât în experimentul lor anterior. În plus, lumina convertită deținea mai mult de un miliwatt de putere pe o gamă largă de lungimi de undă, de la vizibil la infraroșu apropiat.
Generarea unui miliwatt de putere este o piatră de hotar, a spus Srinivasan, deoarece această cantitate este de obicei suficientă pentru mai multe aplicații. De exemplu, poate permite unui laser minuscul să excite electronii să sară sau să treacă de la un nivel de energie specific la altul în interiorul unui atom. Excitarea acestor tranziții face parte din protocoalele comune pentru generarea stărilor cuantice ale luminii, cum ar fi stările cu un singur foton, din atomi unici sau sisteme asemănătoare atomului, cum ar fi punctele cuantice.
În plus, nivelurile de putere în miliwați pot fi suficient pentru stabilizarea cu laser. Unii atomi au energii de tranziție care sunt foarte stabile și insensibile la efectele asupra mediului și, ca rezultat, oferă o bună referință prin care o frecvență laser poate fi comparată și corectată, îmbunătățindu-și în cele din urmă proprietățile de zgomot.
Cercetătorii și-au raportat rezultatele în numărul din 2 decembrie 2022 al revistei APL Photonics.
În cel de-al doilea studiu, Srinivasan și colegii săi, conduși de Edgar Perez, au îmbunătățit și mai mult puterea de ieșire și eficiența tehnicii. Prin creșterea cuplării dintre inel și ghidul de undă și suprimarea efectelor care pot interfera cu conversia culorii, echipa a crescut puterea laserului de ieșire până la 20 miliwați și a convertit până la 29% din lumina laser incidentă în culoarea de ieșire. . Deși culorile din acest studiu s-au limitat la infraroșu apropiat, echipa intenționează să-și extindă activitatea la lungimi de undă vizibile.
Cercetătorii și-au raportat descoperirile în numărul din 16 ianuarie 2023 al revistei Nature Communications.< /p>
Această poveste este republicată prin amabilitatea NIST. Citiți povestea originală aici.
Comentarii:
Adauga Comentariu