온칩 타임 렌즈는 초고속 펄스를 생성합니다.
새로운 장치는 통신, 양자 컴퓨팅, 천문학 분야의 응용 프로그램에 대한 문을 엽니다.
날짜:
2022년 11월 16일
원천:
Harvard John A. Paulson 공학 및 응용 과학 대학
요약:
연구원들은 시간 렌즈를 사용하여 고성능 온칩 펨토초 펄스 소스를 개발했습니다.
100만분의 1초 동안 지속되는 초고속 버스트에서 빛을 방출하는 펨토초 펄스 레이저는 의학 및 제조에서 공간과 시간의 감지 및 정밀 측정에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용되는 강력한 도구입니다. 오늘날 이러한 레이저는 일반적으로 값비싼 탁상용 시스템이므로 크기 및 전력 소비 제한이 있는 응용 분야에서의 사용이 제한됩니다.
온칩 펨토초 펄스 소스는 양자 및 광학 컴퓨팅, 천문학, 광통신 등의 새로운 응용 분야를 열어줄 것입니다. 그러나 조정 가능하고 매우 효율적인 펄스 레이저를 칩에 통합하는 것은 어려운 일이었습니다.
이제 Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences(SEAS)의 연구원들은 공상 과학 소설에서 튀어나온 듯한 도구인 시간 렌즈를 사용하여 고성능 온칩 펨토초 펄스 소스를 개발했습니다.
이 연구는 Nature 에 게재되었습니다 .
SEAS의 Tiantsai Lin 전기 공학 교수이자 이 연구의 수석 저자인 Marko Lon?ar는 "많은 색상의 빛으로 구성된 고강도의 짧은 펄스를 생성하는 펄스 레이저는 크게 남아 있습니다."라고 말했습니다. "이러한 소스를 보다 실용적으로 만들기 위해 우리는 우리가 개발한 최첨단 통합 포토닉스 플랫폼을 활용하여 기존의 대규모 펨토초 소스를 구현하는 데 사용되는 잘 알려진 접근 방식을 축소하기로 결정했습니다. 중요한 것은 우리 칩이 컴퓨터 칩을 만드는 데 사용되는 것과 같은 미세 가공 기술을 사용하여 만들어 비용과 크기를 줄일 뿐만 아니라 펨토초 소스의 성능과 신뢰성을 향상시킵니다."
콘택트 렌즈나 확대경 및 현미경에서 발견되는 것과 같은 전통적인 렌즈는 위상을 변경하여 서로 다른 방향에서 오는 광선을 구부려 공간에서 동일한 위치인 초점에 도달하도록 합니다.
반면에 타임 렌즈는 광선을 비슷한 방식으로 "구부리지만" 광선의 위상을 공간이 아닌 시간으로 변경합니다. 이러한 방식으로 서로 다른 속도로 이동하는 서로 다른 색상의 빛이 각각 동시에 초점면에 도달하도록 시간이 재조정됩니다.
각 빛의 색이 다른 자동차인 자동차 경주를 상상해 보십시오. 먼저 타임 렌즈가 각 차량의 출발 시간을 엇갈리게 설정한 다음 결승선에 동시에 도착하도록 속도를 설정합니다.
펨토초 펄스를 생성하기 위해 팀의 장치는 Lonlar의 연구실에서 개척한 리튬 니오브산염 플랫폼에서 일련의 광학 도파관, 커플러, 변조기 및 광학 격자를 사용합니다.
팀은 기존 렌즈의 조리개와 유사한 기능인 타임 렌즈를 통과하는 빛의 양을 제어하는 진폭 변조기를 통해 연속파 단색 레이저 빔을 통과시키는 것으로 시작합니다. 그런 다음 빛은 렌즈의 "휘어지는" 부분(이 경우에는 위상 변조기)을 통해 전파되며, 여기에서 서로 다른 색상의 주파수 빗이 생성됩니다. 자동차 비유로 돌아가서 위상 변조기는 다른 시작 시간에 다른 색상의 자동차를 생성한 다음 해제합니다.
그런 다음 레이저의 마지막 구성 요소인 도파관을 따라 형성되는 생선뼈 격자가 등장합니다. 격자는 서로 다른 색상의 빛의 속도를 변경하여 경주에서 목과 목을 모두 서로 일치시켜 동시에 결승선(또는 초점면)에 도달하도록 합니다.
이 장치는 서로 다른 파장이 이동하는 속도와 초점면에 도달하는 시기를 제어하기 때문에 연속 단색 레이저 빔을 초고속 520펨토초 버스트를 생성할 수 있는 광대역 고강도 펄스 소스로 효과적으로 변환합니다.
이 장치는 고도로 조정 가능하고 2cm x 4mm 칩에 통합되어 있으며 리튬 니오브산염의 전기 광학 특성으로 인해 탁상용 제품보다 훨씬 낮은 전력이 필요합니다.
"우리는 집적 포토닉스가 에너지 소비와 크기를 동시에 개선한다는 것을 보여주었습니다. "여기에는 트레이드오프가 없습니다. 공간을 절약하는 동시에 에너지를 절약할 수 있습니다. 장치가 더 작아지고 통합될수록 더 나은 성능을 얻을 수 있습니다. 상상해보세요. 미래에는 주머니에 펨토초 펄스 레이저를 휴대하여 감지할 수 있습니다. 과일이 얼마나 신선한지 실시간으로 우리의 웰빙을 추적하거나 거리 측정을 위해 차 안에서."
출처 : https://www.sciencedaily.com/