Ερευνητές από το Ομοσπονδιακό Πολυτεχνείο της Λωζάνης (EPFL) ανέπτυξαν ένα λέιζερ σε ολοκληρωμένο κύκλωμα, το οποίο διατηρεί εξαιρετικά σταθερή συχνότητα χωρίς να απαιτείται ενεργός ηλεκτρονικός έλεγχος. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Photonics.
Η πρόκληση της σταθερότητας της συχνότητας
Τα λέιζερ είναι απαραίτητα σε ατομικά ρολόγια, κβαντικούς αισθητήρες και οπτικές επικοινωνίες, όπου απαιτείται υψηλή σταθερότητα συχνότητας. Οι ημιαγωγικοί λέιζερ είναι μικροί και οικονομικοί, αλλά παρουσιάζουν διακυμάνσεις στη συχνότητά τους.
Για τη μείωση του θορύβου χρησιμοποιείται η τεχνική της αυτο-διο διοχέτευσης, όπου μέρος του φωτός επιστρέφει στο λέιζερ μέσω ενός οπτικού συντονιστή. Ωστόσο, η κατάσταση αυτή είναι ευαίσθητη σε μεταβολές θερμοκρασίας ή ρεύματος, απαιτώντας συνήθως περίπλοκα ηλεκτρονικά συστήματα συνεχούς ρύθμισης.
Η μέθοδος της ατέρμονης αυτο-διοχέτευσης
Η ομάδα του καθηγητή Tobias J. Kippenberg παρουσίασε την τεχνική «ατέρμονης αυτο-διοχέτευσης» (endless self-injection locking). Συνδυάζοντας ένα τυπικό ημιαγωγικό λέιζερ με ένα οπτικό μικροτσίπ, οι ερευνητές πέτυχαν την αλληλοεπικάλυψη των περιοχών σταθερής λειτουργίας.
Έτσι, καθώς το ρεύμα τροφοδοσίας μεταβάλλεται, το σύστημα περνά ομαλά από τη μία σταθερή κατάσταση στην άλλη χωρίς να χάνει τον συντονισμό του.
Εξαιρετικά χαμηλός θόρυβος και εφαρμογές
Στις δοκιμές με ρεύμα από 154 έως 300 μιλιαμπέρ, ο θόρυβος συχνότητας μειώθηκε περισσότερο από 5.000 φορές σε σύγκριση με τη συμβατική λειτουργία, ενώ το εγγενές εύρος γραμμής παρέμεινε κάτω από τα 10 χερτζ. Παράλληλα, η ενσωμάτωση πιεζοηλεκτρικών ενεργοποιητών επέτρεψε συντονισμό συχνότητας χωρίς απώλεια κλειδώματος.
Η τεχνολογία αυτή ανοίγει τον δρόμο για συμπαγείς, εξαιρετικά σταθερές πηγές λέιζερ σε φορητές εφαρμογές τηλεπισκόπησης, LiDAR, ατομικών ρολογιών και κβαντικής τεχνολογίας.
