Лазер размером с лабораторию впервые удалось уменьшить до размеров чипа

Фемтосекундный лазер на чипе: швейцарские инженеры уместили половину лабораторного стола на подложке размером с ноготь

Швейцарские инженеры разместили фемтосекундный лазер на фотонном чипе размером с ноготь. Прежде подобные установки занимали половину лабораторного стола и обходились дорого, а теперь вся система умещается на подложке, которую можно держать на кончике пальца.

Ученые создали мини‑лазер на чипе, который выпускает ультракороткие импульсы света. Каждый импульс длится всего 147 фс — это квадриллионная часть секунды, за которую свет проходит всего 44 мкм, меньше толщины волоса. Несмотря на микроскопический размер, энергия импульса такая же, как у больших лабораторных лазеров. Весь «маршрут» света длиной 42 см умещен в маленькой спирали прямо на чипе из кремния с добавкой эрбия

В основе мини‑лазера лежит осциллятор Мамышева, такая старая схема из волоконной оптики 1990-х, которую долго считали бесполезной для чипов. Мощный световой импульс движется по крошечному «туннелю» на чипе. По пути он сталкивается с двумя «воротами» (оптическими фильтрами), которые пропускают только сильный свет, слабый в это время гасится. Интересно, что сам импульс как бы «раздувает» себя внутри туннеля, становясь еще сильнее, и с каждым проходом через фильтры набирает энергию.

Эти мини‑лазеры делают прямо на обычных кремниевых пластинах, и из одной партии получается сразу больше тысячи полностью независимых устройств. Раньше фемтосекундные лазеры были незаменимы для глазной хирургии, точной микрообработки и атомных часов, но из-за высокой стоимости применять их могли себе позволить только лаборатории и клиники. По словам руководителя проекта, профессора Тобиаса Киппенберга, больше двадцати лет такую технологию считали недостижимой. Массовое производство может снизить стоимость фемтосекундных лазеров до уровня потребительской электроники.

Отдельное применение таких лазеров это анализ крови без иглы. Если направить фемтосекундный импульс на кожу, он проникает в верхний слой и рассеивается на молекулах глюкозы, гемоглобина и других веществ. По спектру отраженного света прибор определяет концентрацию каждого компонента. Сейчас такие системы существуют в исследовательских лабораториях, но источник света в них размером с холодильник. Чип размером с ноготь мог бы стать основой наручного браслета, который измеряет сахар в крови без единого прокола.

В будущем исследователи хотят разместить на одном чипе несколько лазеров и заставить их работать синхронно, т. е. создать оптическую гребенку частот — своеобразную световую линейку для сверхточных измерений. Сегодня такие системы занимают целый лабораторный стол, но в будущем смогут поместиться внутри спутника или портативного медицинского сканера.

Ранее мы писали о том, что эксперт усомнился в эффективности чипов NVIDIA RTX Spark.