Onderzoekers hebben een breed scala aan kleuren gegenereerd met een enkele laser nadat ze een nieuw proces hadden ontdekt om de zogenaamde 'supercontinuümgeneratie' te bereiken.

Supercontinuümgeneratie is wanneer intens laserlicht van één kleur door een materiaal reist, zoals glas, en verbreedt zich tot een spectrum van kleuren.

Dankzij het effect kunnen wetenschappers licht produceren met kleuren die zijn afgestemd op specifieke toepassingen in sectoren zoals bio-imaging, optische communicatie en fundamentele studies van materialen.

Tot nu, er waren twee manieren om een ​​supercontinuüm te creëren. Een speciale optische vezel, ongeveer 10% van de breedte van een mensenhaar, kan worden gebruikt om licht te concentreren tot een zeer hoge intensiteit, over lengtes van enkele meters.

Alternatief, nog krachtiger licht van een versterkte laser - van het soort dat is uitgevonden door de Nobelprijswinnaars Strickland en Mourou 2019 - zou strak in gewoon glas kunnen worden gebundeld.

Deze traditionele benaderingen hebben nadelen, geassocieerd met de grootte, complexiteit en kosten van het gebruik van een laser met extreem hoge energie, of met de precieze en fragiele uitlijning die nodig is om licht in een optische vezel te dwingen met een diameter van slechts tweeduizendsten van een millimeter.

Fotonica-experts van Heriot-Watt hebben een nieuwe methode gedemonstreerd die het beste van twee werelden combineert:een kleurrijk supercontinuüm uit een bulkmateriaal met alleen lasers met matige energie. De doorbraak is gerapporteerd in het toonaangevende tijdschrift optiek .

Professor Derryck Reid van het Institute of Photonics and Quantum Sciences zei:"We hebben aangetoond dat het combineren van een eenvoudige laser met een speciale, niet-lineair kristal kan direct een supercontinuüm creëren.

"We hebben de noodzaak voor een krachtige laser of een delicate koppeling van licht in kleine optische vezels weggenomen.

"Er is hier een fundamenteel nieuw mechanisme aan het werk:ons speciaal ontworpen galliumfosfidekristal creëert een cascade-effect.

"We verlichten het kristal met licht van een infraroodlaser, waarvan een deel wordt omgezet in zichtbaar groen licht. Dit genereert op zijn beurt meer groen licht op een iets langere golflengte, eerst geel worden, dan oranje en helemaal uitwerkend naar het rood.

"De zwakkere randen van het licht kunnen groen genereren bij steeds langere golflengten. Dit is nog nooit eerder gemeld."

Professor Reid en zijn team zeggen dat verder onderzoek nodig is om te bepalen of het effect specifiek is voor het speciale galliumfosfidekristal dat ze gebruikten en of het verder kan worden versterkt.

Professor Reid zei:"Dit is echt veelbelovend. We denken dat we het spectrum van het licht breder en intenser kunnen maken door de eigenschappen van het kristal te optimaliseren.

"Zichtbare supercontinua worden al veel gebruikt in beeldvorming en spectroscopie in de biowetenschappen, maar worden beperkt door de eigenschappen van speciale optische vezels. Onze nieuwe techniek zou een handig en compact alternatief kunnen bieden voor deze bestaande lichtbronnen.