Nieuwe laserarchitectuur kan een verfijnde structuur vormen om materie te beheersen

• Onderzoekers ontwikkelen een nieuwe laserarchitectuur genaamd universele lichtmodulator om materie te onderzoeken en te beheersen.
• Het zou een keerpunt kunnen zijn voor alle belangrijke fotonische toepassingen die een hoog vermogen vereisen.

Lasers worden voor verschillende doeleinden gebruikt, waaronder het uitlijnen van materialen, het aanwijzen van objecten tijdens een presentatie en door artsen voor cosmetische en chirurgische ingrepen. Talloze dingen die u in uw dagelijks leven ziet, zijn gebaseerd op lasertechnologieën, zoals barcodescanner, optische schijfstations, glasvezel, snij- en lasmaterialen, laserverlichting in entertainment en meer.

Lasers hebben ongelooflijke mogelijkheden om materie nauwkeurig aan te drijven, te controleren en te onderzoeken met behulp van verschillende methodologieën. Hoewel ze meestal achter de gordijnen functioneren, vormen lasers de ruggengraat van geavanceerde wetenschap en technologie. In 2018 werd de Nobelprijs voor Natuurkunde toegekend aan een revolutionaire lasertechnologie, Optical Pincet, een techniek om nanodeeltjes tussen twee laserstralen te vangen.

Onlangs hebben onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory en Stanford University een nieuwe laserarchitectuur ontwikkeld om materie te onderzoeken en te beheersen. Ze noemen het de universele lichtmodulator.

Laser kan geavanceerde structuren opnemen

Omdat de laser licht coherent uitstraalt, kan hij qua intensiteit en elektromagnetische distributie een veel complexere structuur belichamen dan welke andere lichtbron dan ook. Het kan bijvoorbeeld unieke driedimensionale intensiteitsverdelingen hebben (een optische zeef of een wafelkegel), of cilindrische vectorstralen.

Dankzij deze mogelijkheden heeft de universele lichtmodulator het potentieel om nieuwe deuren te openen voor geavanceerde toepassingen van fotonica. Op dit moment zijn er niet veel betrouwbare methoden beschikbaar om complexe lichte structuren te produceren, waardoor het erg moeilijk is om de capaciteit voor het programmeren of engineeren van dergelijke structuren te benutten.

Referentie:The Optical Society 

Dit wordt alleen gedaan door externe instrumenten zoals ruimtelijke lichtmodulatoren die in projectoren worden gebruikt. Deze instrumenten hebben echter beperkingen op het gebied van piekvermogen en gemiddeld vermogen, en ze kunnen gemakkelijk barsten, zonder gebruik te maken van toepassingen die een aanzienlijk vermogen vereisen.

De nieuwe laserarchitectuur omzeilt deze vermogensbeperking zonder de mogelijkheid om willekeurige lichtstructuren te produceren aan te tasten. De onderzoekers ontwikkelden een innovatieve functionaliteit om bundels in de laserarchitectuur zelf te engineeren. Dit voldoet aan de twee belangrijkste vereisten:lichte structuur en vermogensschaal.

Straalvormgeving met nieuwe laserarchitectuur | Greg Stewart / SLAC

Ze hebben composietstraaltjes gebruikt om deze programmeerbare lichtpulsen te bouwen. Je kunt het zien als een laserstraal die bestaat uit verschillende honingraatachtige kortere bundeltjes, die elk afzonderlijk kunnen worden bestuurd, ondanks het feit dat ze allemaal coherent zijn ten opzichte van elkaar.

Ze kunnen informatie aan elkaar 'openbaar maken', inclusief hun staat en respectieve relatie. Als alle beamlets samen gesynchroniseerd zijn, kunnen ze elke structuur produceren.

Toepassingen

De universele lichtmodulator is uiterst waardevol binnen de ultrakorte systemen (in femtoseconde tijdschalen en zelfs korter):het kan aanleiding geven tot een geheel nieuw denken over hoe lichten met geavanceerde structuren kunnen worden gebruikt om technologische inspanningen te stimuleren. Het zou een keerpunt kunnen zijn voor alle belangrijke fotonische toepassingen die een hoog vermogen, micro-nano-bewerking, optische trapping, glasvezeltelecom en ultrasnelle protonwetenschappen vereisen.

Onderzoekers proberen nu deze lichtbron te gebruiken om elektronenstralen die met de lichtsnelheid reizen te regelen. Dit zou hen helpen nieuwe soorten röntgen- en elektronenbronnen te creëren en de lichtstructuur op de röntgenstralen en het elektron af te drukken.

Lezen:Praktische 3D-weergave gegenereerd door holografie en lichtveldtechnologie

Ze zijn ook van plan om tal van parallelle inspanningen te onderzoeken. Het allereerste is om meer beamlets te integreren en de modulator te upgraden naar een veel hoger vermogen. Ten tweede zullen ze onderzoeken hoe femtoseconde-straaltjes kunnen worden omgezet in andere golflengten met behulp van niet-lineaire conversiemethoden, die gestructureerd licht zouden produceren met hyperspectrale compositie en natuurlijke zelfsynchroniciteit, of met meerkleuren.