レーザブレイクスルー、先端技術における応用を見つける

September, 29, 2025, Glasgow--グラスコー大学の研究者によると、レーザ技術の記録破りの発展は、より小型で、より安価で、より簡単に製造できる光学および量子技術の開発支援に役立つ可能性がある。

研究チームは、この種の半導体レーザでこれまでに記録された最高の性能を達成する、完全に統合された単一のマイクロチップ上に狭線幅レーザを設計し、構築した。

これは、このタイプのモノリシック半導体レーザ技術の前世代がより広く採用されることを妨げてきた多くの障壁の克服に寄与する可能性がある。

将来的には、新しいレーザ システムは、高度な通信システムや解読不可能な量子暗号などの最先端技術に応用される可能性がある。

チームの新しいシステムは、「光射出ロック付きトポロジカル インタフェイス状態拡張レーザ」(MOIL-TISE) と呼ばれ、以前の分布帰還 (DFB) レーザ システムよりも狭く、より純粋なレーザ光を生成できる。

レーザの線幅は、その光の純度の尺度の 1 つである。狭線幅レーザは、動作周波数の変動がほとんどない、より安定したビームで生成される。チームのMOIL-TISEシステムは、わずか983Hzの線幅を生成でき、現在市場に出回っているMHz範囲で動作するモノリシックDFBレーザの大幅な進歩となる。

以前の高スペクトル純度レーザは、トップレベルの性能とコンパクトな設計のバランスをとるという大きな課題に直面していた。効率を達成するために、設計者はハイブリッド統合とかさばる外部コンポーネントに依存することが多く、その実用性が制限され、オンチップ統合アプリケーションでの可能性が制限された。

単一の統合チップ上でのMOIL-TISEシステムの開発は、学術誌Science Advancesに掲載された新しい論文で議論されている。研究チームは、グラスゴー大学のJames Watt Nanofabrication Centre施設を利用して、ＩｎＰで構成される半導体基板上にMOIL-TISEデバイスを製造した方法について説明している。

このシステムのパフォーマンスは、チップを 3 つの領域に分割し、それぞれに独自の光位相を持ち、光がそれらの間に均等に分散されるように特別に調整される、独自の形状の設計によって実現される。チップに統合されたマイクロリング共振器と呼ばれるデバイスと組み合わせることで、システムは内部で光をリサイクルして性能を安定させ、システムの緊密な線幅を可能にする。

MOIL-TISEシステムの開発は、大学のクリティカルテクノロジーアクセラレーター(CTA)によってサポートされた。CTAは、グラスゴー市地域のイノベーションアクセラレータ基金の一部を通じて資金提供されており、様々なアプリケーション向けの最先端のナノスケール技術の開発を目的としている。

CTAのDr.Xiao Sunは、この論文の筆頭および責任著者。「グラスゴー大学は、キャンパスを離れることなく、このようなプロジェクトを最初のアイデアからフル機能のプロトタイプに移行できるという点で、英国ではユニークである。JWNCにより、MOIL-TISEシステムの設計、製造、テストが可能になり、研究プロセスが劇的に加速した。

「この研究は、Critical Technologies Acceleratorが目指すブレークスルーの好例である。JWNCで市販の技術を使用してこれを製造できることは、業界が今後数年間でMOIL-TISEベースのデバイスを手頃な価格で簡単に製造し始めることができることを示している。」

James Watt工学部のLianping Hou教授は、この論文の共同責任著者。同氏は、「われわれのMOIL-TISEレーザは、この分野で3つの重要な進歩と改善を遂げている。これは、すべてのコンポーネントが単一のチップに統合された、この種の最初のモノリシックデバイスである。この種のDFB-LDでこれまでに達成された最高の周波数純度を持つレーザを作成できる。また、光位相を簡単に切り替えることができ、これは将来の解読不可能な暗号化および通信デバイスを支える量子鍵配布システムに必要な特性である」とコメントしている。