Een onderzoeksteam van vijf landen, gecoördineerd door Germán J. de Valcárcel Gonzalvo, Hoogleraar optica aan de Universiteit van Valencia, heeft een nieuwe theorie ontwikkeld - de coherente hoofdvergelijking - die het gedrag van gepulseerde lasers beschrijft op basis van snelle materialen en de effecten van kwantumcoherentie benadrukt (het vermogen van materiaal en lichtelektronen om gedurende enige tijd samen te oscilleren). Deze lasers kunnen met een constante snelheid intense lichtpulsen van een miljardste van een seconde uitzenden en hebben een grote technologische en wetenschappelijke impact.

Het onderzoek, deze donderdag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , opent de deur naar het ontwerp van nieuwe soorten lasers, vooral met halfgeleidermaterialen, uit de kwantumtheorie, die in het bijzonder de interacties tussen materie en lichtgevende stralingselektronen beschrijft.

Mode-locked (ML) gepulseerde lasers vinden een breed scala aan toepassingen in medisch-chirurgische, microscopie, spectroscopie of telecommunicatietechnieken, evenals in fundamentele wetenschappelijke experimenten die onderzoek naar fundamentele fenomenen mogelijk maken. Ze zijn ook belangrijk in precisiemetrologie op basis van optische frequentiekammen (een type straling dat wordt gebruikt, onder andere, in GPS- of teledetectietechnologieën), waarmee John L. Hall en Theodor W. Hunsch in 2005 de Nobelprijs voor de natuurkunde kregen.

De oorsprong van ML-lasers gaat terug tot bijna de geboorte van de laser in 1960, hoewel pas in 1975 een eenvoudige en voorspellende theorie van zijn gedrag beschikbaar kwam, legt German de Valcárcel uit. Dit kader, de hoofdvergelijking genoemd, is ontwikkeld door Hermann A. Haus en is met groot succes toegepast op een groot aantal ML-lasertypes.

Het onderzoeksteam uit Spanje, Frankrijk, Italië, Nieuw-Zeeland en het Verenigd Koninkrijk hebben gewerkt aan de beperkingen van deze theorie, die, onder andere, kan het gedrag van deze lasers niet verklaren wanneer de respons van het versterkermedium een ​​snelle pulsherhalingsfrequentie is.

Om deze situatie te overwinnen, de onderzoekers hebben een reeks op halfgeleiders gebaseerde laserexperimenten uitgevoerd die de theoretische voorspellingen van hun voorstel bevestigen - de coherente hoofdvergelijking - die ook de coherente kwantumeffecten verklaart die door andere groepen in eerdere experimenten zijn waargenomen.

"De nieuwe theorie opent de deur naar het benutten van de rijke fenomenologie van deze effecten bij het ontwerp van nieuwe soorten ML-lasers, die kunnen leiden tot nieuwe functionaliteiten en toepassingen, vooral op gebieden zoals precisiemetrologie of optische communicatie, " legde Germán de Valcárcel uit.