لیزری که بدون کنترل فعال قفل می شود

توسط نیک پاپاژورجیو، دانشکده پلی تکنیک فدرال لوزان

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان EPFL یک لیزر مبتنی بر تراشه ایجاد کرده‌اند که فرکانس بسیار پایداری را در محدوده عملیاتی آزمایش شده خود بدون نیاز به کنترل الکترونیکی فعال حفظ می‌کند. تحقیقات آنها در مجله Nature Photonics منتشر شده است.

لیزرها نور دقیق مورد نیاز برای ساعت‌های اتمی، حسگرهای کوانتومی، نظارت بر فیبر نوری، ارتباطات منسجم و اندازه‌گیری فاصله را فراهم می‌کنند. این کاربردها به لیزرهایی بستگی دارند که فرکانس نوری آنها به طور استثنایی پایدار می ماند. دقیق ترین سیستم ها اغلب به لیزرهای آزمایشگاهی حجیم متکی هستند که استفاده از آنها را در فناوری های فشرده و قابل حمل محدود می کند.

لیزرهای نیمه هادی یک جایگزین عملی ارائه می دهند. آنها کوچک، برقی و مناسب برای تولید در مقیاس بزرگ هستند. با این حال، فرکانس آنها بسیار بیشتر از لیزرهای فیبر مورد استفاده در سیستم های دقیق در نوسان است.

محققان می توانند این نویز را از طریق قفل خود تزریقی کاهش دهند. در این روش، بخشی از نور لیزر وارد یک تشدید کننده نوری با کیفیت بالا می شود و به لیزر باز می گردد. این بازخورد نوری فرکانس لیزر را تثبیت می‌کند و می‌تواند پهنای خط آن، معیاری برای ثبات فرکانس، را با چندین مرتبه بزرگی کاهش دهد.

چالش پایدار نگه داشتن لیزر در این حالت است. معمولا فقط در شرایط بسیار خاص، مانند جریان الکتریکی خاص و فاز دقیق نور برگشتی، که بر اساس طول مسیر آن تعیین می‌شود، کار می‌کند. تغییرات کوچک، مانند تغییرات دما یا تغییرات کوچک در تولید، می تواند به راحتی این تعادل را بر هم بزند. به همین دلیل، اکثر سیستم ها برای تنظیم مداوم لیزر و پایدار نگه داشتن آن به کنترل ها و وسایل الکترونیکی اضافی نیاز دارند.

تیمی به سرپرستی توبیاس جی کیپنبرگ در EPFL اکنون یک لیزر یکپارچه فوتونیک را نشان داده‌اند که در محدوده جریان درایو آزمایش‌شده‌اش به صورت خود تزریق قفل می‌شود. محققان این رویکرد را "قفل خود تزریقی بی پایان" می نامند.

این دستگاه یک لیزر نیمه هادی استاندارد را با یک تراشه نوری کوچک ترکیب می کند که مقداری از نور را به آن باز می تاباند. با طراحی دقیق این بازخورد، تیم اطمینان حاصل کرد که لیزر حتی با تغییر شرایط ثابت می‌ماند.

آنها همچنین باعث همپوشانی مناطق عملیاتی پایدار شدند. این بدان معنی است که با تغییر جریان درایو، لیزر می تواند به آرامی بین حالت های پایدار حرکت کند بدون اینکه قفل خود را از دست بدهد.

محققان این لیزر را در حالی که جریان درایو آن را از 154 به 300 میلی آمپر تغییر دادند، آزمایش کردند. در هر جریان اندازه گیری شده، قفل خود تزریقی در مقایسه با لیزر آزاد، نویز فرکانس را بیش از 5000 ضریب کاهش می دهد. عرض خط ذاتی زیر 10 هرتز باقی ماند.

این تیم همچنین محرک های پیزوالکتریک را روی تراشه فوتونیک ادغام کردند. این عملگرها هنگام اعمال ولتاژ، تشدید کننده را از طریق اثر تنش نوری تنظیم می کنند. این دستگاه بدون کنترل فعال جریان درایو یا فاز بازخورد، صداهای فرکانس بدون حالت هاپ بیش از 1.5 گیگاهرتز را در حالی که قفل باقی می ماند، تولید می کرد.

این طراحی می‌تواند کارکرد لیزرهای فشرده و کم نویز را در کاربردهایی مانند حسگر نوری، لیدار، ارتباطات منسجم، ساعت‌های اتمی و سنجش کوانتومی آسان‌تر کند. این کار اصل را در یک دستگاه آزمایشگاهی نشان می دهد. مهندسی و بسته بندی بیشتر برای استقرار در خارج از آزمایشگاه مورد نیاز است.

Mikael Reichler و همکاران، لیزرهای فوتونیک یکپارچه با خود تزریق بی پایان، Nature Photonics (2026). DOI: 10.1038/s41566-026-01985-1

ارائه شده توسط Ecole Polytechnique Federale de Lozanne

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →