Lasers hebben een uniek vermogen om nauwkeurig te rijden, manipuleren, controle, en sondeermaterie met behulp van een ongelooflijke verscheidenheid aan methoden. Hoewel ze vaak achter de schermen opereren, lasers vormen de ruggengraat van revolutionaire wetenschap en technologie, inclusief onderzoeksvooruitgang die de basis vormde voor de Nobelprijs voor natuurkunde van 2018.

Een nieuwe laserarchitectuur genaamd de universele lichtmodulator, een intrigerend nieuw hulpmiddel om materie te onderzoeken en te beheersen, zal worden gepresenteerd tijdens het lasercongres van de Optical Society (OSA), 4-8 nov., in Boston. Het is ontwikkeld door hoofdonderzoeker Sergio Carbajo en onderzoeksmedewerker Wei Liu, beide met het SLAC National Accelerator Laboratory en Stanford University.

coherent licht, zoals die van een laser, kan een veel complexere en geavanceerdere structuur belichamen in de elektromagnetische of intensiteitsverdeling. "Een paar voorbeelden zijn cilindrische vectorbundels, of funky 3D-intensiteitsverdelingen die kunnen lijken op, bijvoorbeeld, een wafelkegel of een optische zeef, ' zei Carbajo.

Door deze kenmerken, de universele lichtmodulator staat klaar om nieuwe wetenschappelijke en technologische grenzen te openen. Het addertje onder het gras is dat het moeilijk is om de capaciteit voor het engineeren of programmeren van complexe lichte constructies te benutten, omdat er niet veel betrouwbare opties beschikbaar zijn om die constructie te genereren. zei Carbajo.

"Momenteel, dit wordt voornamelijk gedaan door externe apparaten zoals ruimtelijke lichtmodulatoren die in de volksmond worden gebruikt in projectoren, maar ze hebben allemaal beperkingen op het gebied van gemiddeld vermogen en piekvermogen, "zei Carbajo. "Deze apparaten kunnen gemakkelijk branden en kunnen niet worden gebruikt voor toepassingen die aanzienlijke stroomniveaus vereisen."

Het werk van de Carbajo-groep omzeilt deze vermogensbeperking en behoudt toch de mogelijkheid om elke willekeurige lichte structuur te genereren. Ze hebben de mogelijkheid om bundels te programmeren in de laserarchitectuur zelf ingebouwd. Dit overbrugt het beste van twee werelden:power scaling en light structure.

"Onze programmeerbare lichtpulsen zijn gemaakt van samengestelde bundeltjes, " legde Carbajo uit. "Stel je een laserstraal voor die gemaakt is van vele honingraatachtige kleinere bundeltjes, die elk onafhankelijk worden bestuurd, hoewel ze allemaal coherent zijn ten opzichte van elkaar. Ze kunnen met elkaar 'communiceren' en elkaars toestand en hun respectievelijke relatie 'kennen'. Als alle beamlets synchroon lopen, ze kunnen gezamenlijk elke structuur genereren. Het voorbehoud hierbij is dat deze structuur discreet wordt gemaakt door het aantal bundeltjes."

Deze programmeerbare architectuur is vooral belangrijk binnen het ultrakorte (femtoseconde en kortere) regime omdat het nieuwe manieren van denken over licht kan inspireren met complexe structuren die wetenschappelijke en technologische inspanningen kunnen aandrijven. Mogelijke nieuwe toepassingen zijn onder meer glasvezeltelecom, micro-nano bewerking en additieve fabricage, optische vangst, en ultrasnelle protonwetenschappen. "Het kan een game changer zijn in vrijwel alle toepassingen van fotonica die een hoog vermogen vereisen, ' zei Carbajo.

Onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory zijn geïnteresseerd in het gebruik van deze lichtbronnen om elektronenstralen die zich met de snelheid van het licht voortplanten, aan te passen en te manipuleren. "Door het zo te doen, we kunnen nieuwe soorten elektronen- en röntgenbronnen genereren, zodat we de structuur van het licht op het elektron of röntgenstralen kunnen afdrukken", zei hij. "Deze kunnen dan zelf geavanceerde wetenschappelijke instrumenten worden omdat de elektronenbundels en röntgenstralen zou de structuur erven van optische fotonen."

Volgende, de groep wil verschillende parallelle inspanningen onderzoeken. "De eerste voor de hand liggende route is om meer beamlets toe te voegen, die vereist is door een subset van potentiële toepassingen, " zei Carbajo. "Velen, echter, niet meer dan een paar beamlets nodig. In ons geval, we hebben 7+1—zeven in een honingraat, plus een hoofdbestuurder. De tweede vertakking is het upgraden van ons systeem naar veel hogere bevoegdheden, wat ook een derde route mogelijk maakt:een betere conversie van de fundamentele femtoseconde bundeltjes naar andere golflengten met behulp van niet-lineaire conversiestadia, die nu gestructureerd licht zou creëren met meerkleurige of hyperspectrale compositie en natuurlijke zelf-synchroniciteit."