Rochester Üniversitesi ve California Üniversitesi, Santa Barbara’dan araştırmacılar, bir kuruştan daha küçük boyutlardaki lazer cihazıyla bilim ve teknoloji dünyasında çığır açabilecek bir çalışmaya imza attı. Lazerin, otonom araçlarda kullanılan LiDAR sistemlerinden evreni gözlemlemeye kadar çok sayıda alanda kullanılabileceği belirtiliyor. Geliştirilen bu yeni nesil lazer, yalnızca birkaç milimetre büyüklüğünde olmasına karşın hassas ölçüm tekniklerinde devrim yaratabilecek özelliklere sahip.
OPTİK METROLOJİDE YENİ DÖNEM
Lazer tabanlı ölçüm teknikleri olarak bilinen optik metroloji, fiziksel özellikleri son derece hassas bir şekilde ölçme yeteneğiyle özellikle bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılıyor. Ancak bu teknolojinin yaygınlaşması, mevcut sistemlerin hantal yapısı ve yüksek maliyetleri nedeniyle sınırlı kalıyor. Araştırmacıların geliştirdiği çip ölçekli lazer, bu darboğazı aşmak üzere tasarlandı.
10 KENTİLYONLUK HASSASİYET
Light: Science & Applications dergisinde yayımlanan makaleye göre, bu yeni lazer cihazı geniş bir ışık spektrumunda çalışarak rengini saniyede yaklaşık 10 kentilyon kez değiştirebiliyor. Bu olağanüstü hız, cihazın son derece hassas ve hızlı ölçümler yapabilmesini sağlıyor. Geleneksel silikon fotoniklerden farklı olarak lazer, “Pockels etkisi”nden yararlanan sentetik bir malzeme olan lityum niyobattan üretildi.
Pockels etkisi, bir maddenin kırılma indisinin elektrik alan uygulandığında değişmesini sağlayan fiziksel bir fenomen olarak biliniyor. Bu etki sayesinde lazer ışığının frekansı yüksek hızda ve doğrulukla ayarlanabiliyor.
UYGULAMA ALANLARI GENİŞ
Rochester Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan Shixin Xue ve ekibi, bu tasarımın çok çeşitli uygulama alanlarına sahip olduğunu belirtiyor. Bu alanların başında ise frekans modülasyonlu sürekli dalga LiDAR sistemleri geliyor. Otonom araçlarda kullanılan bu gelişmiş LiDAR türü, lazerin hızlı ve geniş frekans aralığında ayarlanabilir olmasını gerektiriyor ve geliştirilen lazer bu ihtiyacı karşılayabiliyor.
Araştırma kapsamında lazerin dönen bir diskteki LiDAR sistemini çalıştırmak için kullanıldığı bir demonstrasyon hazırlandı. Bu sistem, LEGO bloklarından yapılmış U ve R harflerini başarılı bir şekilde tanımladı. Ekip, bu minyatür gösterimin büyük ölçekli sistemlere uygulanarak otoyol hızlarında ve mesafelerinde araç ve engel tespitinde kullanılabileceğini öngörüyor.
ZAMANIN HASSAS ÖLÇÜMÜ
Lazer ayrıca, optik saatlerde kullanılan ve zamanı aşırı hassasiyetle ölçmeyi mümkün kılan Pound-Drever-Hall (PDH) lazer frekans kilitleme tekniği için de kullanılabilir. Normalde bu işlem, masaüstü bilgisayar boyutunda ekipmanlar gerektirirken, geliştirilen çip ölçekli lazerin tüm bu ekipmanları küçük bir alanda entegre edebildiği gösterildi.
PDH kilitlemesi için genellikle içsel lazer, izolatör, akusto-optik modülatör ve faz modülatörü gibi birçok bileşene ihtiyaç duyuluyor. Ancak yeni lazer tasarımı, bu sistemlerin tamamını minyatür bir çip üzerinde barındırabiliyor.
GELECEĞİN TEKNOLOJİSİ
Çip üzerinde çalışan bu lazer teknolojisi; LiDAR sistemlerinden optik saatlere, uzay araştırmalarından malzeme bilimlerine kadar birçok alanda yaygınlaşma potansiyeline sahip. Araştırmacılar, teknolojinin sadece laboratuvar ortamında değil, ticari sistemlerde de büyük değişim yaratabileceğini belirtiyor. Kompakt yapısı, düşük enerji ihtiyacı ve yüksek frekans hassasiyeti sayesinde lazerin, gelecek yıllarda optik metroloji alanında temel bir araç haline gelmesi bekleniyor.
