Фемтосекундные лазеры испускают сверхкороткие импульсы света, которые используются в операциях по коррекции зрения, микрообработке материалов, а также в атомных часах и спектроскопии. Обычно это громоздкие настольные системы, которые стоят десятки тысяч долларов и требуют точной настройки. Миниатюризация на чипе позволит сделать их портативными и дешевыми.
Фотонные чипы направляют свет по волноводам — микроскопическим каналам, в тысячи раз тоньше человеческого волоса. При такой концентрации мощности свет начинает нелинейно взаимодействовать сам с собой: возникает самомодуляция фазы, четырехволновое смешение и другие эффекты, которые разрушают короткие импульсы. Стандартные лазерные схемы с одним резонатором на чипе не работают.
Схема, некогда предложенная российским физиком Михаилом Мамышевым для волоконных лазеров, использует два оптических фильтра, настроенных на разные спектральные диапазоны. Слабый хаотичный свет не может пройти оба фильтра и гаснет. Интенсивный импульс, проходя по волноводу, расширяет свой спектр за счет нелинейности и перекрывает диапазон обои фильтров. Он проходит «контроль безопасности», возвращается в резонатор и усиливается. Оказывается, эффекты, которые мешают обычным лазерам на чипе (нелинейное расширение спектра), для осциллятора Мамышева — не проблема, а необходимое условие работы, пишет IE.
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Лозанны собрали лазер длиной 42 см, но уместили его на спирали площадью несколько квадратных миллиметров. Спираль монтировали на чипе из нитрида кремния, легированного эрбием. В ходе испытаний длительность импульсов достигла 147 фс, энергия — 1,05 нДж, пиковая мощность — около 7 кВт.
В случае массового производства на стандартных кремниевых пластинах стоимость одного такого лазера составит примерно 100–500 долларов, утверждают разработчики.
Если привычные нам лазеры управляют фотонами — частицами света, то их «звуковой» аналог оперирует фононами. Ученые из США создали «сжатый» фононный лазер, который может лечь в основу устойчивых к глушению навигационных систем и открыть новые возможности для изучения квантовых явлений и медицинского ультразвука следующего поколения.
