Nieuwe elektro-optische laser straalt 30 miljard pulsen per seconde uit

• Nieuwe elektro-optische laser is 100 keer sneller dan conventioneel ultrasnel laserlicht.
• Het systeem is betrouwbaar en produceert nauwkeurige en stabiele pulsen op 30 GHz.
• Het kan worden gebruikt bij biologische/chemische beeldvorming en om snellere communicatienetwerken te implementeren.

Ultrasnelle lasers genereren een reeks lichtpulsen die tot femtoseconden duren. Ze kunnen fungeren als frequentiekammen om een ​​frequentie- en tijdreferentie te bieden die de microgolf- en optische domeinen van het elektromagnetische spectrum overbrugt.

Omdat de fase van deze pulsen kan worden gecontroleerd, heeft het een verscheidenheid aan toepassingen, variërend van het sturen van kwantumtoestanden van materie tot optische atoomklokken. Hoewel de mogelijkheden van ultrasnelle lasers in de loop der jaren zijn verbeterd, hebben ze een integrale stabiliteit van de mode-locked resonator nodig.

Nu hebben onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology een alternatieve benadering bedacht die een reeks optische pulsen genereert zonder modusvergrendeling. Ze noemen het een elektro-optische laser die 100 keer sneller plussen uitzendt dan de traditionele ultrasnelle laser. Kortom, het is elektro-optische modulatie van een laser die is ontwikkeld met gewone elektronica.

Wat is het verschil met ultrasnelle lasers?

Hoewel het idee om een ​​elektro-optica te bouwen vrij eenvoudig is en de technologie al bijna 50 jaar bestaat, zijn wetenschappers er niet in geslaagd om het licht te veranderen om ultrasnelle pulsen uit te zenden en tegelijkertijd elektronische interferentie te elimineren.

Gewoonlijk houdt de modusvergrendelingsmethode in dat licht heen en weer wordt gereflecteerd in een gespiegelde holte op een zodanige manier dat golven constructief met elkaar interfereren om korte pulsen te produceren. De nieuwe techniek werkt echter op een meer brute krachtmechanisme:het splitst een continue laserstraal op in afzonderlijke pulsen, waardoor de door warmte veroorzaakte interferentie wordt verminderd.

Terwijl de signalen heen en weer stuiteren in de holte, verschijnen vaste golven op de hoogste frequenties, waardoor alle andere frequenties worden geblokkeerd. Signaalstabilisatie en filtratie worden in deze holte gedaan.

Meer specifiek gebruikten ze een infraroodlaser (die een continue golf uitzendt) om pulsen te genereren met een oscillator die wordt gestabiliseerd door een aangepaste holte. Alle pulsen zijn uniform en worden door een microchip-golfgeleiderstructuur geleid om verschillende kleuren in de frequentiekam te produceren.

Referentie:ScienceMag | doi:10.1126/science.aat6451 | NIST 

Een optische frequentiekam wordt gebruikt als bron in het traditionele ultrasnelle licht. Dergelijke kammen zijn gebouwd met lasers met modusvergrendeling die pulsen creëren van verschillende kleuren van lichtgolven die elkaar overlappen en verbindingen vormen tussen microgolf- en optische frequenties. De elektro-optische laser daarentegen past elektronische trillingen toe op een infraroodlaser en vormt zo efficiënt pulsen in het licht.

Elektro-optische laser isoleert licht van bepaalde frequenties om een ​​frequentiekam van verschillende kleuren te vormen | David Carlson/NIST

De lasers met modusvergrendeling genereren elke 10 nanoseconden pulsen, terwijl een elektro-optische laser slechts 100 picoseconden nodig heeft om één puls te genereren (100 keer sneller).

Toepassingen

Om de elektro-optische laser te construeren, kozen onderzoekers ervoor om alleen in de handel verkrijgbare microgolf- en telecommunicatie-instrumenten te gebruiken. Dit maakt het systeem betrouwbaarder. De stabiliteit en nauwkeurigheid zijn ook behoorlijk behoorlijk, waardoor het geschikt is voor snellere communicatiesystemen en langdurige meting van optische kloknetwerken.

Lezen:DARPA zal laserlichtbron gebruiken om kleine vliegtuigen on the fly aan te drijven

Bovendien kan dit soort laser worden gebruikt in biologische en chemische beeldvorming om specifieke soorten beeldvorming van weefsels/chemicaliën te versnellen. Hyperspectrale beeldvorming, die gewoonlijk een minuut duurt, kan bijvoorbeeld in realtime worden uitgevoerd.