Исследователи из Стэнфордского университета создали лазеры на основе титано-сапфировых (Ti:Sa) кристаллов, которые в 10 000 раз меньше любых предыдущих аналогичных устройств и могут быть интегрированы на чип. Ранее такие лазеры стоили более 100 000 долларов, но новая технология, , позволяет снизить стоимость до 100 долларов за лазер.
Ученые считают, что в будущем можно будет создавать тысячи таких лазеров на одной четырёхдюймовой пластине, что значительно уменьшит их стоимость. Эти миниатюрные лазеры могут найти применение в квантовых компьютерах, нейронауке и микрохирургии.
Экспериментальный лазер основан на двух ключевых процессах. Сначала сапфировый кристалл измельчается до слоя толщиной всего в несколько сотен нанометров. Затем создается вихревая структура из миниатюрных гребней, в которую направляется зеленый лазер. При каждом обороте в этой структуре интенсивность лазера увеличивается.
Производство платформы оказалось одним из самых сложных этапов. Сапфир является очень твердым материалом и при шлифовке часто трескается или повреждает оборудование. Однако, после решения этой проблемы, процесс пошел гладко. Важно отметить, что новые лазеры могут настраиваться на различные длины волн, от 700 до 1000 нанометров (от красного до инфракрасного диапазона), что особенно полезно для атомных исследований.
Созданная структура вихрей на поверхности кристаллов способствует увеличению интенсивности лазера. Команда исследователей также основала компанию Brightlight Photonics для коммерциализации этой технологии. Первоначально они планируют предложить свою продукцию академическому сообществу, поскольку новые лазеры значительно превосходят существующие аналоги.
Миниатюрные Ti:Sa лазеры могут быть использованы в квантовых компьютерах, значительно уменьшая их размеры. Они также могут революционизировать область оптогенетики, где ученые контролируют нейроны с помощью света, направленного в мозг, заменяя текущие громоздкие оптические волокна. Наконец, эти лазеры могут применяться в лазерной хирургии.
Дальнейшая миниатюризация и массовое производство этих лазеров позволят разместить сотни, а возможно и тысячи, таких устройств на одной пластине. Исследователи уверены в успехе и планируют вывести на рынок первый “настраиваемый лазер” для академических пользователей в течение двух лет. Потенциальные применения этих миниатюрных лазеров огромны, и сложно предсказать, где они будут использованы через пять лет.