Revolutionaire Electro-Optische Laser Levert 30 GHz Pulsfrequentie Voor Ultra-Snelle Imaging En Communicatie

• Nieuwe electro-optische laser is 100 keer sneller dan conventionele ultrakorte laserlicht.
• Het systeem is betrouwbaar en produceert accurate en stabiele pulsen bij 30 GHz.
• Het kan gebruikt worden in biologische/chemische imaging en om snellere communicatienetwerken te implementeren.

Ultrakorte lasers genereren een reeks lichtpulsen die tot femtoseconden duren. Ze kunnen functioneren als frequentiekammen om een frequentie- en tijdbron te bieden die de microgolf- en optische domeinen van het elektromagnetisch spectrum overbruggen.

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

Nu zijn onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology met een alternatieve benadering gekomen die een reeks optische pulsen genereert zonder mode-locking. Ze noemen het electro-optische laser dat pulsen emiteert 100 keer sneller dan traditionele ultrakorte laser. Eigenlijk is het electro-optische modulatie van een laser ontwikkeld met gewone elektronica.

Hoe Het Verschild Van Ultrakorte Lasers?

Hoewel het idee van het bouwen van een electro-optische laser tamelijk simpel is en de technologie al bijna 50 jaar bestaat, zijn wetenschappers niet in staat geweest om licht te schakelen om ultrakorte pulsen te emitteren terwijl elektronische interferentie geëlimineerd wordt.

Meestal omvat de mode-locking methode het terugkaatsen van licht heen en weer in een gespiegelde caviteit op een zodanige manier dat golven constructief met elkaar interfereren om korte pulsen te produceren. Echter, de nieuwe techniek werkt op een meer brute force mechanisme: het snijdt een continue laserbundel op in afzonderlijke pulsen, wat warmte-geïnduceerde interferentie vermindert.

Naarmate de signalen heen en weer kaatsen binnen de caviteit, verschijnen vaste golven bij de hoogste frequenties, die alle andere frequenties blokkeren. Signaalstabilisatie en filtratie worden binnen deze caviteit gedaan.

Specifieker, ze gebruikten een infrarood laser (emitterende continue golf) om pulsen te genereren met een oscillator gestabiliseerd door een gecustomiseerde caviteit. Alle pulsen zijn uniform en passeren een microchip golfgeleiderstructuur om verschillende kleuren in de frequentiekam te produceren.

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

Een optische frequentiekam wordt als bron gebruikt in traditioneel ultrakort licht. Dergelijkeammen worden gebouwd met mode-locked lasers die pulsen creëren van verschillende lichtkleuren die met elkaar overlappen en links vormen tussen microgolf- en optische frequenties. De electro-optische laser past daarentegen elektronische trillingen toe op een infrarood laser, efficiënt pulsen vormgevend in het licht.

Electro-optische laser isoleert licht van specifieke frequenties om een frequentiekam van verschillende kleuren te vormen | David Carlson/NIST

De mode-locked lasers genereren pulsen elke 10 nanoseconden, terwijl electro-optische laser slechts 100 picoseconden nodig heeft om één puls te genereren (100 keer sneller).

Toepassingen

Om de electro-optische laser te bouwen, kozen onderzoekers ervoor om alleen commercieel beschikbare microgolf- en telecommunicatieinstrumenten te gebruiken. Dit maakt het systeem betrouwbaarder. Ook zijn de stabiliteit en nauwkeurigheid tamelijk fatsoenlijk, wat het geschikt maakt voor snellere communicatiesystemen en langetermijnmeting van optische kloknetwerken.

Lees ook: DARPA Gaat Laser Lichtbron Gebruiken Om Kleine Vliegtuigen In De Lucht Te Voeden

Bovendien kan dit type laser gebruikt worden in biologische en chemische imaging om specifieke typen imaging van weefsels/chemicaliën te versnellen. Bijvoorbeeld, hyperspectrale imaging die normaal een minuut duurt, kan in real-time uitgevoerd worden.