Onderzoekers van de Universiteit van Rochester zetten een nieuwe standaard als het gaat om het produceren van ultrasnelle laserpulsen over een breder bereik van golflengten dan traditionele laserbronnen.

In werk gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , Willem Renninger, een assistent-professor in de optica, samen met leden van zijn lab, een nieuw apparaat beschrijven, genaamd de "stretched-pulse soliton Kerr resonator, " dat de prestaties van ultrasnelle laserpulsen verbetert. Het werk heeft belangrijke implicaties voor een reeks technische en biomedische toepassingen, inclusief spectroscopie, frequentie synthese, afstand variërend, puls generatie, en anderen.

Het apparaat creëert een ultrasnelle laserpuls - in de orde van femtoseconden, of een quadriljoenste van een seconde - dat is bevrijd van de fysieke limieten die endemisch zijn voor bronnen van laserlicht - wat laserwetenschappers laserversterking noemen - en de limieten van de golflengten van de bronnen.

"Simpel gezegd, dit is de kortste puls ooit van een gain-free vezelbron, ' zegt Renninger.

Renninger en zijn team van afstudeeronderzoekers en postdoctorale medewerkers verbeterden Kerr-resonatoren, een opwindend nieuw alternatief voor het genereren van femtoseconde laserpulsen die het onderwerp zijn geweest van veel onderzoek.

Het lab overwon een uitdaging om de duur van de pulsduur in andere versies van Kerr-resonatoren te overbruggen door een nieuwe soliton te ontdekken - een korte burst of gelokaliseerde omhullende van een golf - die zijn vorm behoudt terwijl hij zich met een constante snelheid voortplant. De solitonen die in het apparaat van Renninger worden gegenereerd, verschillen van de solitonen in andere Kerr-resonatoren, specifiek in de vorm en het gedrag van de strekpulsen die ze creëren.

"Het is stabiel in de zin dat het steeds hetzelfde blijft herhalen, langer worden, dan korter, langer dan korter, ' zegt Renninger.

De pulsen "hebben een brede spectrale bandbreedte en een gecomprimeerde pulsduur van 210 femtoseconden, wat de kortste pulsduur is die tot nu toe is waargenomen met Kerr-resonatoren van vezels, ', stellen de onderzoekers in de krant.

Hoofdauteur Xue Dong is een afgestudeerde onderzoeksmedewerker in het Renninger-lab. Naast Renninger, andere co-auteurs zijn Qian Yang en Christopher Spiess, ook afgestudeerde onderzoeksmedewerkers in het laboratorium, en Victor Bucklew, een voormalig postdoctoraal medewerker in het lab.

De studie werd gedeeltelijk gefinancierd door het Technology Development Fund van de universiteit, een universitaire onderzoeksprijs, en door de National Institutes of Health. Er is een patent aangevraagd. Geïnteresseerden kunnen contact opnemen met Curtis Broadbent, licentiemanager bij URVentures, over het in licentie geven van de technologie.

Ultrasnelle lasers toegankelijker maken

Renninger, een expert in het maken van bronnen voor femtosecondelasers, behaalde zijn BS en Ph.D. graden in toegepaste natuurkunde aan de Cornell University. Voordat hij bij het Instituut voor Optica kwam, hij was een postdoctoraal medewerker en een associate research scientist bij de afdeling Toegepaste Natuurkunde aan de Yale University.

Hij ontving onlangs een National Science Foundation CAREER-prijs, waaronder financiering om open source-toegang tot informatie te creëren voor het ontwerpen en creëren van geavanceerde laserbronnen die femtoseconde-pulsen genereren.

"Er zijn nu commerciële producten, maar ze zijn erg duur. Ze zijn onbetaalbaar voor veel onderzoeksgroepen met beperkte budgetten voor apparatuur, ' zegt Renninger.

Veel van de kosten zijn voor expertise, geen componenten, daarom zal zijn groep een deel van de CAREER-financiering gebruiken om onderzoeksgroepen van kleinere universiteiten te adviseren over het ontwerpen en bouwen van femtoseconde-lasers voor fundamenteel onderzoek.

"Het uiteindelijke doel is om voor iedereen een ontwerpgids op onze website te publiceren, ' zegt Renninger.