![](https://i0.wp.com/news.stanford.edu/__data/assets/image/0028/156745/TiSapphire_1.jpg?w=1024&ssl=1)
No que diz saudação aos lasers, aqueles feitos de titânio-safira (Ti: safira) são considerados de desempenho “inigualável”. Eles são indispensáveis em muitos campos, incluindo óptica quântica de ponta, espectroscopia e neurociência. Mas esse desempenho tem um preço eminente. Os lasers Ti:safira são grandes, da ordem de pés cúbicos em volume. Eles são caros, custando centenas de milhares de dólares cada. E eles exigem outros lasers de subida potência, custando US$ 30 milénio cada, para fornecer robustez suficiente para funcionar.
Porquê resultado, os lasers Ti:safira nunca alcançaram a ampla adoção no mundo real que merecem – até agora. Em um salto dramático em graduação, eficiência e dispêndio, pesquisadores da Universidade de Stanford construíram um laser Ti:safira em um chip. O protótipo é quatro ordens de magnitude menor (10.000x) e três ordens de magnitude mais barato (1.000x) do que qualquer laser Ti:safira já produzido.
“Isto representa um retraimento totalidade do protótipo idoso”, afirmou Jelena Vučkovićo Professor Jensen Huang em Liderança Global, professor de engenharia elétrica e responsável sênior do item que apresenta o laser Ti:safira em graduação de chip Publicados no quotidiano Natureza. “Em vez de um laser grande e custoso, qualquer laboratório poderá em breve ter centenas desses valiosos lasers em um único chip. E você pode cevar tudo isso com um apontador laser virente.”
Benefícios profundos
“Quando você salta do tamanho de uma mesa e produz um pouco em um chip a um dispêndio tão ordinário, isso coloca esses lasers poderosos ao alcance de muitas aplicações importantes diferentes”, disse Joshua Yang, doutorando no laboratório de Vučković e co-primeiro responsável do estudo junto com Vučković Laboratório de fotônica quântica e em nanoescala colegas, engenheiro de pesquisa Kasper Van Gasse e pesquisador de pós-doutorado Daniel M. Lukin.
Em termos técnicos, os lasers Ti:safira são muito valiosos porque têm a maior “largura de filarmónica de lucro” de qualquer cristal de laser, explicou Yang. Em termos simples, o lucro de largura de filarmónica se traduz na gama mais ampla de cores que o laser pode produzir em conferência com outros lasers. Também é ultrarrápido, disse Yang. Pulsos de luz surgem a cada quatrilionésimo de segundo.
Mas lasers de Ti:safira também são difíceis de encontrar. Até mesmo o laboratório de Vučković, que faz experimentos de óptica quântica de ponta, tem unicamente alguns desses lasers valiosos para compartilhar. O novo laser de Ti:safira cabe em um chip que é medido em milímetros quadrados. Se os pesquisadores puderem produzi-los em volume em wafers, potencialmente milhares, talvez dezenas de milhares de lasers de Ti:safira poderiam ser espremidos em um disco que cabe na palma da mão humana.
“Um chip é ligeiro. É portátil. É barato e eficiente. Não há partes móveis. E pode ser produzido em volume”, disse Yang. “O que há para não gostar? Isso democratiza os lasers Ti:safira.”
Porquê isso é feito
Para moldar o novo laser, os pesquisadores começaram com uma categoria de titânio-safira em uma plataforma de dióxido de silício (SiO2), tudo sobre um cristal de safira verdadeiro. Eles logo moem, gravam e polim o Ti:safira em uma categoria extremamente fina, com unicamente algumas centenas de nanômetros de espessura. Nessa categoria fina, eles logo modelam um vórtice rotatório de pequenas cristas. Essas cristas são porquê cabos de filamento ótica, guiando a luz ao volta e ao volta, aumentando a intensidade. Na verdade, o padrão é espargido porquê guia de vaga.
![Uma forma de bobina vermelha brilhante sobre um fundo vermelho](https://i0.wp.com/news.stanford.edu/__data/assets/image/0029/156746/TiSapphire_2.jpg?w=640&ssl=1)
Imagem óptica do amplificador de guia de vaga Ti:safira. Nascente cabe em um quadrilátero de 0,5 mm. | Yang et al., Nature
“Matematicamente falando, intensidade é poder dividido por dimensão. Logo, se você mantiver a mesma potência do laser de grande graduação, mas reduzir a dimensão em que ele está concentrado, a intensidade dispara”, diz Yang. “A pequena graduação do nosso laser realmente nos ajuda a torná-lo mais eficiente.”
A peça restante do quebra-cabeça é um aquecedor em microescala que aquece a luz que viaja através dos guias de vaga, permitindo à equipe de Vučković mudar o comprimento de vaga da luz emitida para ajustar a cor da luz em qualquer lugar entre 700 e 1.000 nanômetros – do vermelho ao infravermelho. .
Destaque para aplicativos
Vučković, Yang e colegas estão muito entusiasmados com a gama de campos que tal laser pode impactar. Na física quântica, o novo laser fornece uma solução barata e prática que poderia reduzir drasticamente os computadores quânticos de última geração. Na neurociência, os pesquisadores podem prever emprego imediata na optogenética, campo que permite aos cientistas controlar neurônios com luz guiada dentro do cérebro por filamento óptica relativamente volumosa. Lasers de pequena graduação, dizem eles, podem ser integrados em sondas mais compactas, abrindo novos caminhos experimentais. Na oftalmologia, ele pode encontrar um novo uso com a amplificação de pulso chilreado ganhadora do Prêmio Nobel em cirurgia a laser ou oferecer tecnologias de tomografia de conformidade óptica mais compactas e menos dispendiosas usadas para julgar a saúde da retina.
Em seguida, a equipe está trabalhando no aperfeiçoamento de seu laser Ti:safira em graduação de chip e em maneiras de produzi-los em volume, milhares de uma vez, em wafers. Yang ganhará seu doutorado neste verão com base nessa pesquisa e está trabalhando para levar a tecnologia ao mercado.
“Poderíamos colocar milhares de lasers em um único wafer de 4 polegadas”, diz Yang. “É aí que o dispêndio por laser começa a ser quase zero. Isso é muito emocionante.”