Diamant is om twee belangrijke redenen een bijzonder interessant materiaal voor dit type laser. Door de hoge thermische geleidbaarheid is het mogelijk om miniatuurlasers te maken die tegelijkertijd een hoge stabiliteit en een hoog vermogen hebben. De geluidssnelheid is ook veel hoger in vergelijking met andere materialen. Dit geeft de laser een secundair vermogen om direct frequenties te synthetiseren in de moeilijk bereikbare millimetergolfband.

In een artikel gepubliceerd in Technische Natuurkunde Letters Fotonica deze week, laten de onderzoekers zien dat de licht-geluid interactie bijzonder sterk is in diamant, en hebben de eerste Brillouin-laser op een tafel gedemonstreerd die diamant gebruikt.

Dit resultaat is een doorbraak omdat het een zeer praktische benadering van Brillouin-lasers biedt met een sterk groter prestatiebereik. In tegenstelling tot eerdere Brillouin-lasers, de diamantversie werkte zonder de optische of geluidsgolven in een golfgeleider op te sluiten om de interactie te verbeteren. Dit betekent dat Brillouin-lasers gemakkelijker in grootte kunnen worden geschaald en met een veel grotere flexibiliteit voor het regelen van de lasereigenschappen en het vergroten van het vermogen.

Diamond biedt een nieuwe manier om de unieke eigenschappen van Brillouin-lasers te benutten. Slechts een zeer kleine hoeveelheid afvalenergie wordt in het geluiddragende materiaal afgezet. Dit leidt tot een groot aantal functies, waaronder het genereren van stralen met een ultrazuivere en stabiele uitgangsfrequentie, het genereren van nieuwe frequenties, en mogelijk, lasers met een uitzonderlijk hoog rendement.

Rich Mildren van Macquarie University zegt:"Deze ontwikkeling biedt een nieuwe weg naar hoogvermogenlasers die extreem efficiënt zijn en voortreffelijke frequentie-eigenschappen hebben, zoals lage-faseruis en smalle lijnbreedte. Dit zijn eigenschappen die nodig zijn voor toepassingen die de hoogste normen op het gebied van ruis vereisen. vrije frequentie-eigenschappen, zoals ultragevoelige detectie van zwaartekrachtsgolven of het manipuleren van grote reeksen qubits in kwantumcomputers."

Een ander baanbrekend resultaat is dat de diamant zeer zuivere frequenties buiten de microgolfband kan synthetiseren. Als gevolg van de zeer hoge geluidssnelheid in diamant - een onstuimige 18 km/s - is de frequentie-afstand tussen de ingangspompstraal en de laserlijn vele malen groter dan in andere materialen. Deze eigenschap kan worden gebruikt om frequenties in de millimetergolfband (30-300 GHz) te genereren met behulp van een techniek die fotomenging wordt genoemd. Brillouin-lasersynthese van deze frequenties is belangrijk omdat er een intrinsiek mechanisme is dat de frequentieruis reduceert tot de niveaus die nodig zijn voor radar- en draadloze communicatiesystemen van de volgende generatie. Dit was een grote uitdaging voor elektronica of andere op fotonica gebaseerde generatieschema's.

Het werk tot nu toe heeft de sterkte van de licht-geluid interactie in diamant gekwantificeerd, een fundamentele parameter voor het voorspellen van toekomstig ontwerp en prestaties. Het demonstreerde ook een praktisch apparaat met meer dan 10 W vermogen.

Dr. Zhenxu Bai, leiden Ph.D. student aan het project, zegt:"We kunnen nu op een nieuwe manier gaan nadenken over het ontwerp van Brillouin-lasers, in plaats van als een fenomeen dat beperkt is tot kleine geleide golfstructuren of als een schadelijk effect in fiberlasers."

De auteurs concentreren hun toekomstige werk op het uitbreiden van het laservermogen door lasers te demonstreren met de hogere niveaus van frequentiezuiverheid en kracht die nodig zijn om toekomstige vooruitgang in de kwantumwetenschap te ondersteunen, draadloze communicatie en detectie.