小型レーザーが虹を完成し、通信や医療、量子技術に革命をもたらす

Tokyo科学者たちは、緑色の光を放出する小型レーザーの開発によって、レーザー技術における大きな進展を遂げました。小型で安定した緑色レーザーの作成は非常に困難であり、これは「グリーンギャップ」として知られています。以前の方法では、半導体に電流を用いることで赤色や青色のレーザーを生成できましたが、緑色のレーザーはうまくいきませんでした。今回、米国国立標準技術研究所 (NIST) の研究者たちは、マイクロレゾネーターと呼ばれる小さな光学部品を変更することでこの問題を解決しました。

チームは、厚さを変えてより多くの空気に触れることができる小さなチップサイズのデバイスを開発しました。これにより、全ての「グリーンギャップ」をカバーする幅広い光の波長を生成することができます。この改善は、多くの魅力的な方法で活用される可能性があります。

• 青緑の波長が水を通しやすいための水中通信
• 糖尿病性網膜症のレーザー治療のような医療処置
• フルカラーのレーザー投影ディスプレイ
• 量子コンピューティングと通信

この研究で使用されたマイクロ共振器は窒化シリコンで作られています。赤外線光がリング状のデバイスに入ると、何度も循環しながら非常に強くなり、窒化シリコンと相互作用します。この相互作用により、光周波数変換（OPO）が起こり、新しい波長の光であるアイドラーとシグナルが生成されます。研究者たちはマイクロ共振器を調整し、150以上の異なる波長を生み出しました。

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チップ上で作られた緑色のレーザーは、他のデバイスと連携してさらに多くの用途で利用可能になりました。例えば、量子コンピューティングにおいて、小型の緑色レーザーは量子ビットにデータを保存することができます。通常、量子システムは大きくて重いレーザーを使用しますが、それらは実験室外での使用が難しいです。

グリーンギャップレーザー色のエネルギー効率を向上させることは非常に重要です。現状では、入力レーザーの電力のごくわずかな部分しか出力されていません。入力レーザーと光をマイクロ共振器に導く導波路との接続を改善することで、この効率が大幅に向上する可能性があります。

この開発は、小型レーザーの種類を完結させ、さまざまな先端技術分野での利用価値を高めます。そのため、NISTチームの取り組みは重要であり、多くの分野で新しい機会と優れた応用をもたらします。