ათწლეულების განმავლობაში ულტრასწრაფი ლაზერები ოპტიკის დარგის ერთ-ერთ ყველაზე მძლავრ იარაღად ითვლებოდა. მათი პულსები სულ რაღაც რამდენიმე ასეულ ფემტოწამს — წამის კვადრილიონედ ნაწილს — გრძელდება. ეს ტექნოლოგია საფუძვლად უდევს ისეთ მნიშვნელოვან სფეროებს, როგორებიცაა მაღალი სიზუსტის წარმოება, თვალის ქირურგია და ოპტიკური ატომური საათები.

ამ უპირატესობების მიუხედავად, ლაზერები აქამდე რჩებოდა დიდ, ძვირადღირებულ სისტემებად, რომლებიც მთლიან ოპტიკურ მაგიდებს იკავებდა. თუმცა, ლოზანის ფედერალური პოლიტექნიკური სკოლის (EPFL) პროფესორ ტობიას კოპენბერგის გუნდმა მნიშვნელოვან გარღვევას მიაღწია. ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნებული კვლევის თანახმად, მეცნიერებმა შექმნეს პირველი ინტეგრირებული ულტრასწრაფი ლაზერი, რომელიც თავისი მუშაობის ეფექტურობით ტრადიციულ, ლაბორატორიულ მოწყობილობებს უტოლდება.

მოწყობილობა ფოტონიკურ ჩიპზეა დატანილი და 1.05 ნანოჯოულის ენერგიის პულსებს გამოიმუშავებს. პულსის ხანგრძლივობა კი სულ რაღაც 147 ფემტოწამია.

რა არის ფოტონიკური ჩიპი?

ფოტონიკური ჩიპები სინათლის მანიპულირებას მიკროსკოპული სტრუქტურების, ე.წ. ტალღამმართველების საშუალებით ახდენს. ეს პროცესი ელექტრონულ ჩიპებში ელექტრული სიგნალების მართვის ანალოგიურია. მსგავსი ტექნოლოგია უკვე ფართოდ გამოიყენება ტელეკომუნიკაციებში.

„ოცი წელზე მეტია, ჩიპზე დატანილი მაღალი ენერგიის მქონე ფემტოწამიანი ლაზერი ინტეგრირებული ფოტონიკის „წმინდა გრაალად“ მიიჩნეოდა“, — ამბობს პროფესორი კოპენბერგი. მისი თქმით, მათმა გუნდმა აღმოაჩინა არქიტექტურა, რომელიც დარგის სპეციალისტებს აქამდე მხედველობიდან გამორჩენილი ჰქონდათ.

ინოვაციური არქიტექტურა: „Mamyshev“-ის ოსცილატორი

მკვლევარებმა გამოიყენეს ლაზერული არქიტექტურა, სახელად „Mamyshev“-ის ოსცილატორი. სისტემა არაწრფივ ტალღამმართველს ორ ოპტიკურ ფილტრს შორის ათავსებს. როდესაც ინტენსიური ლაზერული პულსი ტალღამმართველში გადის, ის ფერების უფრო ფართო სპექტრად იშლება. ფილტრები მხოლოდ ამ გაფართოებულ პულსს ატარებენ, ხოლო სუსტი სიგნალები, რომლებიც არ ფართოვდება, იბლოკება.

კვლევის თანაავტორის, ჟერუ ციუს თქმით, ეს დიზაინი განსაკუთრებით მიმზიდველია, რადგან არ საჭიროებს რთულ კომპონენტებს, რომელთა წარმოება ერბიუმით დოპირებულ სილიციუმის ნიტრიდის ჩიპებზე რთულია. გარდა ამისა, ეს მეთოდი ლაზერულ პულსებს უფრო სტაბილურს ხდის.

პოტენციალი და მომავალი

ლაზერული კავიტაცია 42 სანტიმეტრის სიგრძისაა, თუმცა ის ჩიპზე ისეა დაკეცილი, რომ ასანთის ღერის ზომის ფართობს იკავებს. ვინაიდან ფოტონიკური ჩიპების წარმოება კომპიუტერული ჩიპების მსგავსად მასშტაბურად არის შესაძლებელი, ერთდროულად 1000-ზე მეტი ლაზერული კავიტაციის დამზადება შეიძლება.

მკვლევარების პროგნოზით, ტექნოლოგია გზას გაუხსნის პორტატიულ და ხელმისაწვდომ მოწყობილობებს, რომლებიც გამოიყენება გარემოს დაბინძურების აღმოსაჩენად, სამედიცინო დიაგნოსტიკისთვის ან მასალებში ფარული დეფექტების გამოსავლენად. ეს ასევე დაეხმარება კომპაქტური ატომური საათების შექმნას, რაც კომუნიკაციისა და ნავიგაციის სისტემებს ახალ დონეზე აიყვანს.

კვლევა განხორციელდა EPFL-ის ელექტრო და მიკროინჟინერიის ინსტიტუტისა და ჰელმჰოლც-ცენტრ დრეზდენ-როსენდორფის (HZDR) მეცნიერთა თანამშრომლობით.