Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đã có bước đột phá trong lĩnh vực sản xuất laser.
Họ đã phát triển và chế tạo thành công một tia laser sapphire titan trên một con chip, một cải tiến không chỉ giúp giảm kích thước của tia laser xuống bốn cấp độ (tức là xuống còn một phần mười nghìn so với kích thước ban đầu) mà còn giảm chi phí xuống ba cấp độ (tức là chỉ còn một phần nghìn so với giá ban đầu).
"Đây là một bước đột phá mang tính đột phá trong mô hình truyền thống", Giáo sư Jelena Vuckovic, Giáo sư về Lãnh đạo Toàn cầu và là một chuyên gia hàng đầu về kỹ thuật điện, nhiệt tình chia sẻ. Là tác giả chính của bài báo mô tả chi tiết về tia laser sapphire titan cỡ chip này trên tạp chí Nature, bà rất hào hứng về tương lai: "Sớm thôi, bất kỳ phòng thí nghiệm nào cũng có thể có hàng trăm tia laser hiệu suất cao này trên một con chip duy nhất, thay vì phải dựa vào thiết bị thông thường cồng kềnh và đắt tiền. Nó cũng sẽ cực kỳ dễ vận hành và thậm chí có thể điều khiển nó bằng một con trỏ laser màu xanh lá cây".
Joshua Yang, một ứng viên tiến sĩ trong phòng thí nghiệm, giải thích thêm về những tác động sâu rộng của công nghệ này, "Những tia laser mạnh mẽ này sẽ có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng quan trọng với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ khi chúng ta chuyển từ các thiết bị để bàn sang sản xuất các sản phẩm sẵn sàng sản xuất trên chip." Ông đã làm việc về nghiên cứu mang tính đột phá này với các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Photonic lượng tử và nano của Giáo sư Vuckovic, bao gồm kỹ sư nghiên cứu Kasper Van Gasse và học giả sau tiến sĩ Daniil M. Lukin.
Về mặt kỹ thuật, laser titan sapphire được ưa chuộng vì chúng có "băng thông khuếch đại" lớn nhất trong bất kỳ tinh thể laser nào. Điều này có nghĩa là laser titan sapphire có thể tạo ra phạm vi bước sóng rộng hơn so với các loại laser khác. Ngoài ra, các xung ánh sáng của chúng được phát ra cực kỳ nhanh, cứ mỗi một phần nghìn tỷ giây. Những đặc điểm hiệu suất tuyệt vời này chắc chắn sẽ đóng góp rất lớn vào ứng dụng rộng rãi và phát triển sâu rộng của công nghệ laser trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Để chế tạo loại laser mới này, trước tiên họ phủ chính xác một lớp tinh thể sapphire thật bằng một lớp sapphire titan trên một nền silicon dioxide. Sau đó, sapphire titan được mài mịn, khắc và đánh bóng, và giảm xuống thành một lớp cực mỏng chỉ dày vài trăm nanomet. Ngay sau đó, nhóm nghiên cứu đã tỉ mỉ tạo mẫu cho ống dẫn sóng trong lớp vật liệu cực mỏng này.
Thiết kế thu nhỏ này mang lại những lợi thế đáng kể. Về mặt toán học, cường độ là tỷ lệ giữa công suất và diện tích. Do đó, trong khi vẫn duy trì cùng công suất như laser quy mô lớn, cường độ của laser sẽ tăng đáng kể do diện tích giảm. Các nhà nghiên cứu lưu ý, "Kích thước nhỏ của laser thực sự giúp chúng tôi cải thiện hiệu quả".
Ngoài ra, để nâng cao hơn nữa hiệu suất của tia laser, nhóm nghiên cứu đã kết hợp một bộ gia nhiệt thu nhỏ. Bộ gia nhiệt này làm nóng ánh sáng đi qua ống dẫn sóng, cho phép nhóm của Jelena Vuckovic có thể linh hoạt điều chỉnh bước sóng của ánh sáng phát ra giữa 700-1000 nanomet.
Tia laser sapphire titan này trên một vi mạch cho thấy những ứng dụng đầy hứa hẹn trong một số lĩnh vực. Trong vật lý lượng tử, nó cung cấp một giải pháp thực tế và không tốn kém để thu nhỏ các máy tính lượng tử hiện đại. Và trong lĩnh vực khoa học thần kinh, các nhà nghiên cứu Stanford dự đoán ứng dụng trực tiếp của nó trong quang di truyền học, một lĩnh vực cho phép các nhà khoa học kiểm soát và tác động đến hoạt động của tế bào thần kinh bên trong não thông qua ánh sáng, bất chấp sự cồng kềnh tương đối của các thiết bị sợi quang hiện đang được sử dụng phổ biến.
Nhìn về phía trước, nhóm sẽ tiếp tục cải tiến thiết kế của các tia laser sapphire titan cỡ chip và khám phá khả năng sản xuất hàng loạt chúng trên các tấm wafer, hàng nghìn tia laser cùng một lúc. Mùa hè này, Joshua Yang sẽ lấy bằng tiến sĩ dựa trên nghiên cứu này và làm việc để đưa công nghệ này ra thị trường. Chúng tôi có thể đặt hàng nghìn tia laser trên một tấm wafer 4- inch và chi phí cho mỗi tia laser sẽ gần bằng không", ông tự tin nói. Điều này chắc chắn sẽ châm ngòi cho một cuộc cách mạng công nghệ.
Được dịch bằng www.DeepL.com/Translator (phiên bản miễn phí)
