Laser Seukuran Chip Dapat Menggantikan Laser Serat?

Baru-baru ini, para peneliti dari École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) mengembangkan laser pemandu gelombang terdoping erbium terintegrasi-chip, jenis laser baru yang kinerjanya mendekati kinerja laser serat, yang menggabungkan kemampuan penyetelan dan kepraktisan integrasi fotonik skala chip.
Sudah diketahui umum bahwa laser serat menggunakan serat optik yang didoping dengan unsur tanah jarang sebagai media penguatan. Oleh karena itu, dibandingkan dengan laser gas seperti karbon dioksida, laser serat memiliki keunggulan kualitas sinar tinggi, daya tinggi, efisiensi tinggi, ukuran kecil, dan integrasi keluaran serat yang mulus serta platform pemrosesan yang fleksibel.
Dan untuk memenuhi permintaan laser serat berskala chip, para peneliti beralih ke erbium sebagai media penguatan. Laser serat berbasis erbium sangat menjanjikan karena memenuhi persyaratan untuk mempertahankan koherensi dan stabilitas yang tinggi. Namun, miniaturisasi laser serat berbasis erbium telah lama sulit dicapai karena sulitnya mempertahankan kinerja tinggi yang unik.
Untuk tujuan ini, para peneliti pertama-tama membangun rongga optik pada chip sepanjang satu meter berdasarkan sirkuit terpadu fotonik silikon nitrida dengan kerugian sangat rendah. Menurut Yang Liu, seorang peneliti di Laboratorium Fotonik dan Pengukuran Kuantum di École Polytechnique Fédérale de Lausanne: Meskipun ukuran chipnya ringkas, kami mampu merancang rongga laser hingga sepanjang satu meter berkat integrasi resonator cincin mikro ini, yang secara efisien memperluas jalur optik tanpa memerlukan perangkat penguat fisik.
Terobosan besar! Laser seukuran chip dapat menggantikan laser serat?
Tim tersebut kemudian menanamkan ion erbium dengan konsentrasi tinggi di dalam sirkuit untuk secara selektif menghasilkan medium penguatan aktif yang diperlukan untuk laser. Akhirnya, mereka mengintegrasikan sirkuit tersebut dengan laser pompa semikonduktor III-V untuk membangkitkan ion erbium sehingga dapat memancarkan cahaya dan menghasilkan sinar laser.
Untuk meningkatkan kinerja laser dan memungkinkan pengendalian panjang gelombang yang tepat, para peneliti merancang desain intracavity inovatif yang menampilkan filter vernier berbasis cincin mikro, filter yang memilih cahaya pada frekuensi tertentu untuk meningkatkan kinerja laser dan memungkinkan pengendalian panjang gelombang yang tepat.
Filter ini memungkinkan penyetelan dinamis panjang gelombang laser 40 nm di pita C dan L, yang melampaui laser serat konvensional dalam penyetelan dan metrik spektral rendah, sekaligus mempertahankan kompatibilitas dengan proses manufaktur semikonduktor terkini. Desain ini mendukung laser mode tunggal yang stabil dengan lebar garis intrinsik 50 Hz.
Dengan daya keluaran lebih dari 10 mW dan rasio penolakan mode samping lebih dari 70 dB, laser serat berbasis erbium skala chip mengungguli banyak laser konvensional. Lebar garisnya yang sempit memungkinkannya memancarkan cahaya murni dan stabil, sehingga ideal untuk aplikasi koheren seperti penginderaan, giroskop, LIDAR, dan metrologi frekuensi optik.
Pengurangan ukuran dan pengintegrasian laser serat erbium ke dalam perangkat berskala chip dapat membuatnya lebih terjangkau, membuka aplikasi baru untuk sistem seluler yang sangat terintegrasi dalam elektronik konsumen, diagnostik medis, dan telekomunikasi. Hal ini juga dapat mengecilkan teknologi optik dalam beberapa aplikasi lain, termasuk LIDAR, fotonik gelombang mikro, sintesis frekuensi optik, dan komunikasi ruang bebas.