Para ilmuwan mengecilkan laser ultracepat tingkat laboratorium pada satu chip untuk membuat jam atom
Para peneliti di EPFL – Institut Teknologi Federal Swiss di Lausanne telah mengintegrasikan laser femtodetik ultracepat ke dalam chip fotonik. Sebuah tonggak sejarah besar, laser kecil ini dapat disandingkan dengan model di atas meja, mengemas energi 1,05 nanojoule menjadi semburan 147 femtodetik. “Selama lebih dari dua puluh tahun, laser femtosecond berenergi tinggi pada chip secara luas dianggap sebagai cawan suci fotonik terintegrasi,” kata Profesor Tobias J. Kippenberg di EPFL. “Hasil kami menunjukkan bahwa hal ini tidak hanya mungkin, namun hal ini dapat dicapai dengan arsitektur yang sangat elegan yang telah diabaikan oleh komunitas fotonik terintegrasi,” tambah Kippenberg. Laser ultracepat berbasis chip EPFL yang beroperasi dalam pengaturan pengujian laboratorium. Kredit: Zheru Qiu/EPFL Tonggak sejarah chip fotonik Dalam karya ini, laser ultracepat dibuat mini menggunakan chip fotonik untuk mengarahkan cahaya melalui pandu gelombang mikroskopis daripada peralatan laboratorium yang besar. Ini memancarkan pulsa cahaya yang sangat presisi, hanya berlangsung beberapa ratus femtodetik atau kuadriliun detik. Laser berkecepatan tinggi sangat penting untuk aplikasi tingkat lanjut seperti bedah mata, mesin mikro, dan jam atom. Tim EPFL telah mencapai apa yang dianggap mustahil oleh banyak orang di lapangan. Mereka telah membangun laser ultracepat skala chip terintegrasi pertama yang menyamai kinerja awal nenek moyangnya yang berukuran raksasa di atas meja. Untuk mencapai hal ini, tim EPFL harus memikirkan kembali bagaimana laser menangani cahaya. Alih-alih menyalurkan listrik melalui kabel tembaga, chip fotonik memandu cahaya melalui saluran mikroskopis yang disebut pandu gelombang yang diukir pada wafer. Namun saat Anda memasukkan kekuatan laser yang sangat besar ke dalam saluran yang ribuan kali lebih tipis dari rambut manusia, cahaya tersebut akan berinteraksi secara hebat dengan dirinya sendiri. Dalam desain laser standar, tekanan struktural ini menyebabkan denyut yang sangat cepat menjadi tidak stabil dan terkoyak. Solusinya terletak pada konsep laser serat yang sudah berumur puluhan tahun: osilator Mamyshev. Digunakan dalam GPS dan pengobatan Beroperasi seperti pos pemeriksaan keamanan foton yang sangat selektif, desain ini memerangkap cahaya di dalam rongga laser di antara dua filter optik yang disesuaikan dengan spektrum warna yang sepenuhnya berbeda. Meskipun cahaya yang lemah dan kacau gagal dalam pengujian dan padam karena tidak dapat melewati kedua penghalang, pulsa bertenaga tinggi berperilaku berbeda. Di dalam saluran kecil itu, denyut yang kuat secara alami menyebar ke berbagai warna. Hal ini memungkinkan cahaya untuk membersihkan kedua filter, berputar kembali, dan mendapatkan daya. “Desain ini sangat menarik karena tidak memerlukan komponen apa pun yang sulit dibuat pada chip silikon nitrida yang didoping erbium ini,” jelas Zheru Qiu, salah satu penulis utama makalah ini. Lebih baik lagi, arsitektur Mamyshev sebenarnya berkembang pesat dalam interaksi cahaya-ke-cahaya yang intens yang menghancurkan desain chip lainnya. Implikasi dari melipat jalur laser sepanjang 42 sentimeter menjadi spiral mikroskopis sangatlah besar. Menariknya, chip fotonik ini dapat diproduksi secara massal pada wafer silikon seperti halnya prosesor komputer. Satu produksi yang dijalankan secara bersamaan dapat menghasilkan lebih dari 1.000 laser ultracepat yang sepenuhnya independen. Manufaktur pada skala ini akan menurunkan biaya produksi. Kekuatan puncak pada tingkat kilowatt, yang dulunya bernilai puluhan ribu dolar dan menempati setengah ruangan, akan segera diterapkan pada perangkat genggam yang terjangkau. Teknologi tersebut dapat digunakan di berbagai bidang. Dalam waktu dekat, tim lingkungan hidup dapat menggunakan sensor berukuran saku untuk mendeteksi polutan mikroskopis secara real time. Dokter dapat melakukan diagnosa medis tingkat lanjut di desa-desa terpencil dengan menggunakan peralatan genggam. Pada akhirnya, laser kecil ini akan memberi daya pada jam atom yang ringkas dan sangat portabel—membuka jalan bagi sistem navigasi generasi berikutnya yang berfungsi dengan sempurna bahkan ketika sepenuhnya terputus dari GPS satelit. Studi ini dipublikasikan di jurnal Nature pada 3 Juni.
Diterbitkan : 2026-06-03 15:00:00
sumber : interestingengineering.com
