این لیزر 10000 برابر کوچکتر و 1000 برابر ارزانتر از لیزرهای موجود است که نویدبخش پیشرفت های چشمگیری در زمینه های مختلف علمی است.

محققان با توسعه لیزر تیتانیوم یاقوت کبود (Ti:sapphire) بر روی یک تراشه، به نوآوری بالقوه پیشگامانه در فناوری لیزر دست یافته اند، این نمونه اولیه به طور چشمگیری کوچکتر، کارآمدتر و ارزانتر از نمونه های قبلی خود است که با فناوری ای که کاربردهای گسترده ای در صنعت، پزشکی و فراتر از آن دارد، جهشی قابل توجه را نشان می دهد.

لیزرهای Ti:Sapphire به دلیل کارایی بی‌نظیر خود در اپتیک کوانتومی، طیف‌سنجی و علوم اعصاب به دلیل پهنای باند گسترده و پالس‌های نور فوق‌سریع شناخته شده‌اند.

با این حال، اندازه حجیم و هزینه بالا، پذیرش گسترده آنها را محدود کرده است، لیزرهای سنتی Ti:sapphire (یاقوت کبود) فضای فوت مکعبی را اشغال می‌کنند و می‌توانند صدها هزار دلار هزینه داشته باشند، علاوه بر این که برای تغذیه انرژی مورد نیاز برای کار کردن به لیزرهای پرقدرت با هزینه هر کدام 30000 دلار نیاز دارند.

لیزر جدید Ti:Sapphire در مقیاس تراشه که توسط تیمی به سرپرستی Jelena Vučković استاد مهندسی برق در دانشگاه استنفورد ساخته شده است به این محدودیت‌ها می‌پردازد، این مطالعه که در مجله Nature منتشر شده است نشان می دهد که نمونه اولیه 10000 برابر کوچکتر و 1000 برابر ارزانتر از لیزرهای معمولی Ti:Sapphire است.

ووچکوویچ در بیانیه خبری دانشگاه استنفورد گفت: این یک انحراف کامل از مدل قدیمی است و به جای یک لیزر بزرگ و گران قیمت، هر آزمایشگاهی ممکن است به زودی صدها لیزر ارزشمند را روی یک تراشه داشته باشد و شما می توانید همه چیز را با یک نشانگر لیزری سبز روشن کنید.

حکاکی لیزر در یک تراشه نازک نانومتر

جاشوا یانگ، کاندیدای دکترا و نویسنده اول این مطالعه، پتانسیل تحول آفرین این نوآوری را برجسته کرد، یانگ می‌گوید: وقتی از اندازه رومیزی خارج می‌شوید و چیزی را روی یک تراشه با هزینه کم تولید می‌کنید، این لیزرهای قدرتمند را برای بسیاری از کاربردهای مهم مختلف در دسترس قرار می‌دهد.

این تیم لیزر جدید را با شروع یک لایه انبوه از یاقوت کبود تیتانیوم بر روی یک پلت فرم دی اکسید سیلیکون (SiO2) در بالای یک کریستال یاقوت کبود ساختند، آنها سپس این لایه را به لایه ای به ضخامت چند صد نانومتر تبدیل کردند و آن را با برآمدگی های کوچکی که به عنوان موجبر برای تشدید نور عمل می کنند، الگوبرداری کردند.

برای طراحی لیزر جدید، محققان با یک لایه انبوه از یاقوت کبود تیتانیوم بر روی پلت فرمی از دی اکسید سیلیکون (SiO2) شروع کردند که همگی بر فراز کریستال یاقوت کبود واقعی قرار داشتند.

سپس تیتانیم: یاقوت کبود را آسیاب، حکاکی و صیقل می دهند تا لایه ای بسیار نازک به ضخامت تنها چند صد نانومتر برسد، سپس در آن لایه نازک، گردابی چرخان از برآمدگی های کوچک را الگوبرداری می کنند.

این برجستگی‌ها مانند کابل‌های فیبر نوری هستند که نور را به اطراف و اطراف هدایت می‌کنند و شدت ایجاد می‌کنند. در واقع این الگو به عنوان موجبر شناخته می شود.

از نظر ریاضی، شدت قدرت تقسیم بر مساحت است، بنابراین اگر همان قدرت لیزر در مقیاس بزرگ را حفظ کنید، اما ناحیه ای را که در آن متمرکز است کاهش دهید، شدت آن از سقف عبور می کند. (مقیاس کوچک لیزر ما در واقع به ما کمک می کند تا آن را کارآمدتر کنیم)

بخش باقی مانده از پازل یک بخاری (گرم کننده) در مقیاس میکروسکوپی است که نوری را که از طریق موجبرها عبور می کند گرم می کند و به تیم Vučković اجازه می دهد طول موج نور ساطع شده را تغییر دهند تا رنگ نور را بین 700 تا 1000 نانومتر تنظیم کنند. (از قرمز تا مادون قرمز)

افزودن یک بخاری - گرم کننده - در مقیاس میکرو، امکان تنظیم طول موج نور ساطع شده از 700 تا 1000 نانومتر را فراهم می کند.

لیزر Ti:Sapphire در مقیاس تراشه این پتانسیل را دارد که چندین میدان را متحول کند و در فیزیک کوانتومی، می تواند هزینه کامپیوترهای کوانتومی را کاهش دهد و در علوم اعصاب، ممکن است کاوشگرهای اپتوژنتیک فشرده تری را فعال کند، همچنین در چشم پزشکی، می تواند جراحی لیزر و ارزیابی شبکیه را پیش ببرد.

تیم تحقیقاتی اکنون بر روی تکمیل لیزر و بررسی روش های تولید انبوه تمرکز کرده است، یانگ همچنین در حال کار بر روی آوردن این فناوری به بازار است... یانگ گفت: ما می‌توانیم هزاران لیزر را روی یک ویفر 4 اینچی قرار دهیم. (در آن زمان است که هزینه هر لیزر تقریباً صفر می شود و این خیلی هیجان انگیز است)

لیزر تیتانیوم - یاقوت کبود - در مقیاس تراشه، فناوری قدرتمندی را در دسترس قرار می دهد

همانطور که لیزرها پیش می روند، لیزرهایی که از تیتانیوم یاقوت کبود (Ti:Sapphire) ساخته شده اند عملکرد بی نظیر در نظر گرفته می شوند، آنها در بسیاری از زمینه ها، از جمله اپتیک کوانتومی پیشرفته، طیف سنجی، و علوم اعصاب ضروری هستند.

اما این عملکرد با قیمت گزافی همراه است و لیزرهای Ti:Sapphire بزرگ هستند و حجم آن به ترتیب فوت مکعب است، آنها گران هستند و هر کدام صدها هزار دلار قیمت دارند و آنها به لیزرهای پرقدرت دیگری نیاز دارند که هر کدام 30000 دلار قیمت دارند تا انرژی کافی برای عملکرد آنها را تامین کنند.

تراشه سبک است، قابل حمل است، ارزان است و کارآمد است و هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد... و می تواند به تولید انبوه برسد، این لیزر Ti:Sapphire را دموکراتیک می کند.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.