Een onderzoeksteam onder leiding van elektrotechnici van de UCLA heeft een nieuwe techniek ontwikkeld om de polarisatietoestand van een laser te controleren, wat zou kunnen leiden tot een nieuwe klasse van krachtige, hoogwaardige lasers voor gebruik in medische beeldvorming, chemische detectie en detectie, of fundamenteel wetenschappelijk onderzoek.

Denk aan gepolariseerde zonnebrillen, die mensen helpen om beter te zien in intens licht. Polarisatie werkt door zichtbare lichtgolven te filteren zodat alleen golven kunnen passeren waarvan het elektrische veld in één specifieke richting wijst, die helderheid en schittering vermindert.

Zoals helderheid en kleur, polarisatie is een fundamentele eigenschap van licht dat uit een laser komt. De traditionele manier om de polarisatie van een laser te regelen, was door een afzonderlijk onderdeel te gebruiken, zoals een polarisator of een golfplaat. Om de polarisatie te veranderen, de polarisator of golfplaat moet fysiek worden gedraaid, een langzaam proces dat resulteert in een fysiek groter lasersysteem.

Het team van de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science ontwikkelde een gespecialiseerd kunstmatig materiaal, een soort "metaoppervlak, " die de polarisatietoestand van de laser puur elektronisch kan afstemmen, zonder bewegende delen. Het onderzoek is gepubliceerd in optiek . De doorbraak werd toegepast op een klasse lasers in het terahertz-frequentiebereik op het elektromagnetische spectrum, die tussen microgolven en infrarode golven ligt.

"Hoewel er een paar manieren zijn om snel van polarisatie in het zichtbare spectrum te veranderen, in het terahertz-assortiment is er momenteel een gebrek aan goede opties, " zei Benjamin Williams, universitair hoofddocent elektrotechniek en hoofdonderzoeker van het onderzoek. “In onze aanpak de polarisatiecontrole is ingebouwd in de laser zelf. Dit maakt een compactere en geïntegreerde opstelling mogelijk, evenals de mogelijkheid voor zeer snelle elektronische omschakeling van de polarisatie. Ook, onze laser genereert het licht efficiënt in de gewenste polarisatietoestand - er wordt geen laservermogen verspild door licht in de verkeerde polarisatie te genereren."

Terahertz-straling dringt door in veel materialen, zoals diëlektrische coatings, verven, schuimen, kunststoffen, verpakkings materialen, en meer zonder ze te beschadigen, zei Williams.

"Sommige toepassingen omvatten dus niet-destructieve evaluatie in industriële omgevingen, of het onthullen van verborgen kenmerken in de studie van kunst en oudheden, " zei Willems, die het Terahertz Devices and Intersubband Nanostructures Laboratory leidt. "Bijvoorbeeld, onze laser kan worden gebruikt voor terahertz-beeldvorming, waar de toevoeging van polarisatiecontrast kan helpen om aanvullende informatie in kunstwerken te ontdekken, zoals verbeterde randdetectie voor verborgen defecten of constructies."

Het werk is gebaseerd op de recente ontwikkeling door de groep van 's werelds eerste oppervlakte-emitterende laser met verticale externe holte, of VECSEL, die actief is in het terahertz-bereik.

Hun nieuwe meta-oppervlak beslaat een oppervlakte van 2 vierkante millimeter en heeft een duidelijk zigzagpatroon van draadantennes die over het oppervlak lopen. Er loopt een elektrische stroom door de draden, selectief activeren van bepaalde segmenten van het lasermateriaal, waarmee een gebruiker de polarisatiestatus naar behoefte kan wijzigen en aanpassen.