Natuurkundigen van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben gewone elektronica gebruikt om een ​​laser te bouwen die 100 keer vaker pulseert dan conventionele ultrasnelle lasers. De vooruitgang zou de voordelen van ultrasnelle wetenschap kunnen uitbreiden naar nieuwe toepassingen zoals beeldvorming van biologische materialen in realtime.

De technologie voor het maken van elektro-optische lasers bestaat al vijf decennia, en het idee lijkt verleidelijk eenvoudig. Maar tot nu toe waren onderzoekers niet in staat om licht elektronisch te schakelen om ultrasnelle pulsen te maken en elektronische ruis te elimineren. of interferentie.

Zoals beschreven in het nummer van 28 september van Wetenschap , NIST-wetenschappers ontwikkelden een filtermethode om de door warmte veroorzaakte interferentie te verminderen die anders de consistentie van elektronisch gesynthetiseerd licht zou verpesten.

"We hebben het licht getemd met een aluminium blikje, " zei projectleider Scott Papp:verwijzend naar de "holte" waarin de elektronische signalen worden gestabiliseerd en gefilterd. Terwijl de signalen heen en weer stuiteren in zoiets als een blikje frisdrank, vaste golven ontstaan ​​bij de sterkste frequenties en blokkeren of filteren andere frequenties uit.

Ultrasnel verwijst naar gebeurtenissen die picoseconden (biljoensten van een seconde) tot femtoseconden (quadrillionste van een seconde) duren. Dit is sneller dan het regime op nanoschaal, enkele jaren geleden geïntroduceerd in het culturele lexicon op het gebied van nanotechnologie (nanoseconden zijn miljardsten van een seconde).

De conventionele bron van ultrasnel licht is een optische frequentiekam, een precieze "liniaal" voor licht. Kammen worden meestal gemaakt met geavanceerde "mode-locked" lasers, die pulsen vormen van veel verschillende kleuren lichtgolven die elkaar overlappen, het creëren van verbindingen tussen optische en microgolffrequenties. Interoperabiliteit van optische en microgolfsignalen zorgt voor de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van communicatie, tijdwaarneming en kwantumdetectiesystemen.

In tegenstelling tot, NIST's nieuwe elektro-optische laser legt microgolf elektronische trillingen op aan een continue-golflaser die werkt op optische frequenties, effectief pulsen in het licht snijden.

"In elke ultrasnelle laser, elke puls duurt, zeggen, 20 femtoseconden, " hoofdauteur David Carlson zei. "In modus-vergrendelde lasers, de pulsen komen elke 10 nanoseconden uit. In onze elektro-optische laser, de pulsen komen elke 100 picoseconden uit. Dus dat is de versnelling hier - ultrasnelle pulsen die 100 keer sneller of meer aankomen."

"Chemische en biologische beeldvorming is een goed voorbeeld van de toepassingen voor dit type laser, " Zei Papp. "Het sonderen van biologische monsters met ultrasnelle pulsen levert informatie op over zowel beeldvorming als chemische samenstelling. Met behulp van onze technologie, dit soort beeldvorming zou veel sneller kunnen gebeuren. Dus, hyperspectrale beeldvorming die momenteel een minuut duurt, kan in realtime gebeuren."

Om de elektro-optische laser te maken, NIST-onderzoekers beginnen met een infrarood continue-golflaser en creëren pulsen met een oscillator die wordt gestabiliseerd door de holte, die het equivalent van een geheugen biedt om ervoor te zorgen dat alle pulsen identiek zijn. De laser produceert optische pulsen met een microgolfsnelheid, en elke puls wordt door een microchip-golfgeleiderstructuur geleid om veel meer kleuren in de frequentiekam te genereren.

De elektro-optische laser biedt ongekende snelheid gecombineerd met nauwkeurigheid en stabiliteit die vergelijkbaar zijn met die van een laser met modusvergrendeling, zei pap. De laser is gemaakt met behulp van commerciële telecommunicatie- en microgolfcomponenten, waardoor het systeem zeer betrouwbaar is. De combinatie van betrouwbaarheid en nauwkeurigheid maakt elektro-optische kammen aantrekkelijk voor langetermijnmetingen van optische kloknetwerken of communicatie- of sensorsystemen waarin sneller gegevens moeten worden verkregen dan nu mogelijk is.