指先サイズの高性能超高速レーザー

高性能超高速レーザー指先ほどの大きさ

科学誌「サイエンス」に掲載された新しい表紙記事によると、ニューヨーク市立大学の研究者らは、高性能な超高速レーザーナノフォトニクスについて。この小型化されたモード同期レーザフェムト秒（1兆分の1秒）間隔で、超短パルスのコヒーレントな光を連続的に放出する。

超高速モードロックレーザーモード同期レーザーは、化学反応における分子結合の形成や切断、乱流媒体における光の伝播など、自然界で最も速い時間スケールの謎を解き明かすのに役立ちます。また、高速性、ピークパルス強度、広帯域スペクトルといった特長は、光原子時計、生物学的イメージング、光を用いて計算やデータ処理を行うコンピュータなど、多くの光子技術を可能にしています。

しかし、最も先進的なモード同期レーザーは依然として非常に高価で、電力消費の大きいデスクトップシステムであり、研究室での使用に限られています。今回の研究の目標は、これを量産可能で現場で展開できるチップサイズのシステムに変えることにあります。研究者らは、薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）という新興材料プラットフォームを用いて、外部の高周波電気信号を印加することでレーザーパルスを効果的に整形し、精密に制御することに成功しました。研究チームは、III-V族半導体の高いレーザー利得とTFLNナノスケールフォトニック導波路の効率的なパルス整形機能を組み合わせることで、0.5ワットの高出力ピークパワーを発するレーザーを開発しました。

指先ほどのコンパクトなサイズに加え、今回新たに実証されたモード同期レーザーは、従来のレーザーでは実現できない数々の特性を備えています。例えば、ポンプ電流を調整するだけで、出力パルスの繰り返し周波数を200メガヘルツという広い範囲で精密に調整できる点などが挙げられます。研究チームは、このレーザーの強力な再構成機能を活用し、チップスケールで周波数安定なコム光源を実現することを目指しています。これは、精密センシングに不可欠な機能です。実用的な応用例としては、携帯電話を用いた眼疾患の診断、食品や環境中の大腸菌や危険なウイルスの分析、GPSが故障または利用できない場合のナビゲーションなどが考えられます。