قام باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير شريحة ضوئية صغيرة لتصغير تكنولوجيا الليزر فائقة السرعة

وقال ماراندي: "نحن مهتمون بأكثر من مجرد جعل أجهزة الليزر ذات النمط المقفل أكثر إحكاما". "نحن متحمسون لصنع ليزر مقفل الوضع جيد الأداء على شريحة نانوية ضوئية ودمجه مع مكونات أخرى. في تلك المرحلة، سنكون قادرين على بناء نظام ضوئي كامل فائق السرعة في دائرة متكاملة. وهذا سيجلب ثروة العلوم والتكنولوجيا فائقة السرعة التي تنتمي حاليًا إلى تجارب على نطاق متر إلى رقائق على نطاق ملليمتر. "

الليزر فائق السرعة والاعتراف بجائزة نوبل

تعتبر مثل هذه الليزرات فائقة السرعة مهمة جدًا للبحث، لدرجة أن جائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام مُنحت لثلاثة علماء لتطوير أجهزة ليزر يمكنها توليد نبضات الأتوثانية (الأتوثانية هي خمس الثانية). ومع ذلك، فإن أجهزة الليزر هذه باهظة الثمن وضخمة للغاية حاليًا، وأشار ماراندي إلى أن بحثه يستكشف طرقًا لتحقيق مثل هذه الجداول الزمنية على رقائق يمكن أن تكون أرخص وأصغر بكثير، بهدف تطوير تقنيات ضوئية فائقة السرعة وبأسعار معقولة وقابلة للنشر.

وقال: "إن تجارب الأتوثانية هذه يتم إجراؤها دائمًا باستخدام أشعة ليزر فائقة السرعة". "قد تكلف بعض هذه التجارب ما يصل إلى 10 ملايين دولار، وجزء كبير من ذلك هو تكلفة الليزر المقفل. نحن متحمسون للتفكير في كيفية تكرار هذه التجارب والقدرات في مجال الضوئيات النانوية."

يوجد في قلب الليزر المقفل بالوضع النانوي الذي تم تطويره في مختبر ماراندي نيوبات الليثيوم، وهو ملح صناعي ذو خصائص بصرية وكهربائية فريدة تسمح بالتحكم في نبض الليزر وتشكيله من خلال تطبيق الإشارات الكهربائية للترددات الراديوية الخارجية. يُطلق على هذا الأسلوب اسم قفل الوضع النشط لتعديل الطور داخل التجويف.

قال جوو كيوشي، المؤلف الأول للورقة البحثية وباحث ما بعد الدكتوراه السابق في مختبر ماراندي: "منذ حوالي 50 عامًا، استخدم الباحثون تعديل الطور داخل التجويف لإنشاء ليزر مقفل النمط في تجارب سطح المكتب، واعتقدوا أن هذه الطريقة لم تكن مناسبة جدًا مقارنة بالتقنيات الأخرى". "لكننا وجدنا أنه مناسب تمامًا لمنصة التكامل الخاصة بنا."

وأضاف قوه، وهو الآن أستاذ مساعد في مركز أبحاث العلوم المتقدمة بجامعة مدينة نيويورك: "بالإضافة إلى كونه صغيرًا، فإن الليزر الخاص بنا يعرض مجموعة من الخصائص الرائعة. على سبيل المثال، يمكننا ضبط معدل تكرار نبضات الإخراج بدقة على نطاق واسع. يمكننا استغلال ذلك لتطوير مصادر مشط التردد المستقر على نطاق الرقاقة، والتي تعد ضرورية لقياس التردد والاستشعار الدقيق".

الأهداف المستقبلية وانعكاسات البحث

قال ماراندي إن هدفه هو مواصلة تحسين التكنولوجيا حتى تتمكن من العمل على نطاقات زمنية أقصر وبقدرات ذروة أعلى، بهدف الوصول إلى 50 فيمتو ثانية (الفيمتو ثانية هي جزء من تريليون من الثانية)، وهو ما يمثل تحسنًا بمقدار 100 ضعف عن جهازه الحالي، الذي ينتج نبضات بطول 4.8 بيكو ثانية.

نُشرت الورقة التي تقدم البحث بعنوان "الليزر فائق السرعة المقفل في نيوبات الليثيوم النانوية" في عدد 9 نوفمبر من مجلة Science.