Учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали компактную систему синего лазера на фотонном чипе, способную менять частоту излучения до 1 млн раз в секунду. При этом в режиме стабильного излучения ширина линии лазера не превышала 30 кГц. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Photonics.
В основе устройства — обычный синий лазер, соединённый с фотонным чипом с микроскопическим кольцевым резонатором. Он отбирает свет определённой частоты и возвращает часть излучения обратно в лазер, стабилизируя его работу. Толщину световодной структуры подобрали с точностью до 25 нм, чтобы уменьшить оптические потери. Для электронной перестройки частоты также использовали элементы из нитрида алюминия: под действием напряжения этот материал немного меняет форму, влияя на распространение света внутри резонатора.
Источник изображения: сгенерировано Muse
Лазер работает на длине волны около 461 нм. В одном режиме его излучение сохраняет высокую частотную стабильность, а в другом частоту можно перестраивать в диапазоне более 900 МГц со скоростью до миллиона изменений в секунду. Совместить эти характеристики в компактной системе сложно: на синих длинах волн даже небольшие дефекты фотонной структуры способны рассеивать свет и ухудшать работу устройства.
В одном из экспериментов команда передала данные через 30-сантиметровый столб воды. Учёные закодировали цифровое изображение логотипа EPFL в изменениях частоты лазера, после чего принимающая система восстановила изображение. Опыт продемонстрировал принцип подводной оптической связи с использованием компактного устройства.
Во втором эксперименте лазер использовали для обнаружения дыма от свечи в воздухе. Синий лазер позволил получить отчётливый сигнал, тогда как инфракрасный лазер с длиной волны 1550 нм в аналогичных условиях не зарегистрировал измеримых изменений. При этом опыт не позволил количественно определить концентрацию частиц: он показал лишь более высокую чувствительность синего света к мелким частицам в проверенных условиях.
По мнению авторов, компактные лазеры такого типа в перспективе могут применяться в подводных системах связи и приборах экологического мониторинга. Стабильный синий свет также востребован в технологиях, связанных с атомными часами и квантовыми компьютерами, однако пригодность нового устройства для таких применений ещё предстоит оценить.
