Universele Lichtmodulator: Doorbraak Laserarchitectuur Voor Precieze Materiecontrole

• Onderzoekers ontwikkelen een nieuwe laserarchitectuur genaamd universele lichtmodulator om materie te onderzoeken en te controleren.
• Het kan een keerpunt zijn voor alle grote fotonische toepassingen die hoog vermogen vereisen.

Lasers worden voor verschillende doeleinden gebruikt, waaronder het uitlijnen van materialen, het wijzen op objecten tijdens een presentatie, en door artsen voor cosmetische en chirurgische procedures. Tallooze dingen die u in uw dagelijkse leven ziet zijn gebaseerd op lasertechnologieën, zoals barcode-scanners, optische schijfstations, glasvezel, snijden en lassen van materialen, laserlichtdisplays in entertainment, en meer.

Lasers hebben ongelooflijke mogelijkheden om materie nauwkeurig aan te sturen, te controleren en te onderzoeken met verschillende methodologieën. Hoewel ze meestal achter de schermen functioneren, zijn lasers de ruggengraat van geavanceerde wetenschap en technologie. In 2018 werd de Nobelprijs voor Natuurkunde toegekend aan een revolutionaire lasertechnologie, Optische Pincetten, een techniek om nanopartikels tussen twee laserbundels te vangen.

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

Laser Kan Geavanceerde Structuren Incorporeren

Omdat de laser cohérent licht emiteert, kan het een veel complexere structuur belichamen dan elke andere lichtbron in termen van intensiteit en elektromagnetische distributie. Bijvoorbeeld, het kan unieke driedimensionale intensiteitsdistributies hebben (een optische zeef of een wafeltaartje), of cylindrische vectorbundels.

Vanwege 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 methodes beschikbaar om complexe lichtstructuren te produceren, dus het exploiteren van de capaciteit voor programmeren of ontwerpen van dergelijke structuren is erg moeilijk.

Referentie: The Optical Society

Dit wordt alleen gedaan door externe instrumenten zoals ruimtelijke lichtmodulatoren die in projectoren gebruikt worden. Echter, deze instrumenten komen met piekvermogen en gemiddeld vermogen beperkingen, en ze kunnen gemakkelijk breken, zonder toepassingen te bereiken die significante vermogensniveaus vereisen.

De nieuwe laserarchitectuur ontwijkt deze vermogensbeperking zonder de capaciteit om willekeurige lichtstructuren te produceren te beïnvloeden. De onderzoekers ontwikkelden een innovatieve functionaliteit om bundels in de laserarchitectuur zelf te ontwerpen. Dit voldoet aan de twee hoofdeisen: lichtstructuur en vermogensschaling.

Bundelvorming met nieuwe laserarchitectuur | Greg Stewart / SLAC

Ze hebben samengestelde bundelletjes gebruikt om deze programmeerbare lichtpulsen te bouwen. U kunt dit zien als een laserbundel gemaakt van verschillende honingraat-achtige kortere bundelletjes, elk van welke onafhankelijk gecontroleerd kan worden, ondanks het feit dat ze allemaal coherente zijn ten opzichte van elkaar.

Ze kunnen 'openbaren' informatie aan elkaar, inclusief hun toestand en respectievelijke relatie. Als alle bundelletjes gesynchroniseerd zijn, kunnen ze samen elke structuur produceren.

Toepassingen

De universele lichtmodulator is extrem waardevol binnen ultrakorte systemen (op femtoseconden tijdschalen en nog korter): het kan aanleiding geven tot een heel nieuwe manier van denken over hoe licht met geavanceerde structuren gebruikt kan worden om technologische inspanningen aan te drijven. Het kan een keerpunt zijn voor alle grote fotonische toepassingen die hoog vermogen vereisen, micro-nano machining, optische vanging, optische vezel telecom, en ultrakorte protonenwetenschappen.

Onderzoekers proberen nu deze lichtbronnen te gebruiken om elektronenbundels te controleren die met de lichtsnelheid reizen. Dit zou hen helpen nieuwe soorten Röntgen- en elektronenbronnen te creëren, en de lichtstructuur op de Röntgenstraling en elektronen te imprinteren.

Lees ook: Praktische 3D-display Gegenereerd Door Holografie En Lichtveldtchnologie

Ook plannen ze om talloze parallele inspanningen te verkennen. Het allereerste is om meer bundelletjes te integreren en de modulator te upgraden naar veel hoger vermogen. Tweedens zullen ze onderzoeken hoe femtoseconden bundelletjes om te zetten in andere golflengtes met niet-lineaire conversiemethodes, wat gestructureerd licht met hyperspectrale samenstelling en natuurlijke zelf-synchronisatie, of met multi-kleur zou produceren.