Tiny Ti:sapphire-lasers op een chip revolutioneren precisie-onderzoek bij Stanford

AmsterdamOnderzoekers van de Stanford Universiteit hebben een nieuw, kleiner en betaalbaarder model van de Titanium-saffierlaser ontwikkeld. Deze lasers staan bekend om hun uitstekende prestaties en zijn van groot belang in vele velden, maar hun grote formaat en hoge kosten hebben het gebruik beperkt. Dit nieuwe lasermodel op chipformaat lost die problemen op door compacter, goedkoper en efficiënter te zijn.

De traditionele Ti:saffierlasers hebben verschillende nadelen:

• Ze zijn omvangrijk en nemen veel ruimte in beslag.
• Ze zijn duur en kosten honderdduizenden euro's.
• Ze vereisen andere krachtige lasers van ongeveer 30.000 euro per stuk.

Stanford heeft een baanbrekende kleine laser ontwikkeld die veel kleiner en goedkoper is dan eerdere Ti:saffierlasers. Deze innovatieve laser is 10.000 keer kleiner en 1.000 keer goedkoper. Jelena Vuckovic, senior auteur van een studie in het tijdschrift Nature, legt uit dat dit een volledig nieuwe benadering is. Laboratoria zouden honderden van deze kostenefficiënte lasers op één chip kunnen hebben.

Joshua Yang, een promovendus en mede-auteur, legde het belang van Ti:saffierlasers uit. Deze lasers kunnen een breed scala aan kleuren genereren dankzij hun brede versterkingsbandbreedte. Ze produceren ook extreem snelle lichtpulsen, elke vierduizendste van een nanoseconde. Toch hebben zelfs geavanceerde laboratoria maar enkele van deze lasers vanwege hun hoge kosten.

Lees ook:

Vandaag · 07:29

AR-brillen: innovatie voor bredere toepassingen verkennen

De onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om vele van deze lasers op één enkele wafer te produceren. Duizenden Ti:saffierlasers kunnen op een klein schijfje passen, wat ze zeer efficiënt maakt. Yang wees op de voordelen: een chip is licht, draagbaar, goedkoop, efficiënt en eenvoudig in grote hoeveelheden te vervaardigen. Deze vooruitgang maakt Ti:saffierlasers toegankelijker voor diverse toepassingen.

De onderzoekers hebben een nieuwe laser ontwikkeld door te beginnen met een laag titanium-saffier op een siliciumdioxide basis bovenop een saffierkristal. Ze maakten de Ti:saffierlaag extreem dun door deze te slijpen, etsen en polijsten. Vervolgens voegden ze kleine ribbeltjes toe om een golfgeleider te creëren die het licht leidt en versterkt. Een kleine verwarming past de kleur van het licht aan, waardoor het kan variëren van 700 tot 1.000 nanometer.

De nieuwe laser kan een grote impact hebben op verschillende gebieden. In de kwantumfysica helpt het bij het ontwikkelen van kleinere kwantumcomputers. In de neurowetenschap kunnen kleine lasers worden gebruikt in miniatuurinstrumenten om neuronen beter te beheersen. In de oogzorg kan het de laseroogchirurgie verbeteren en goedkopere methoden bieden om de gezondheid van de ogen te controleren.

Het team werkt momenteel aan de verbetering van hun kleine Ti:saffierlaser en zoekt naar manieren om deze in grote hoeveelheden te produceren. Yang, die binnenkort zijn doctoraat uit dit onderzoek zal behalen, wil deze technologie op de markt brengen. Ze zijn van plan duizenden lasers op een enkele 4-inch wafer te plaatsen, wat de kostprijs per laser aanzienlijk zal verlagen.