De Nobelprijs voor natuurkunde van 2018 werd gedeeld door onderzoekers die pionierden met een techniek om ultrakorte, maar extreem hoge energie laserpulsen aan de Universiteit van Rochester.

Nu hebben onderzoekers van het Institute of Optics van de universiteit diezelfde krachtige pulsen - ook wel chirped pulses genoemd - geproduceerd op een manier die zelfs werkt met relatief lage kwaliteit, goedkope apparatuur. Het nieuwe werk zou de weg kunnen banen voor:

• Betere telecommunicatiesystemen met hoge capaciteit
• Verbeterde astrofysische kalibraties gebruikt om exoplaneten te vinden
• Nog nauwkeurigere atoomklokken
• Nauwkeurige apparaten voor het meten van chemische verontreinigingen in de atmosfeer

In een paper in optiek , de onderzoekers beschrijven de eerste demonstratie van zeer getjilpeerde pulsen die worden gecreëerd door een spectraal filter in een Kerr-resonator te gebruiken - een soort eenvoudige optische holte die zonder versterking werkt. Deze holtes hebben grote belangstelling gewekt bij onderzoekers omdat ze "een schat aan gecompliceerd gedrag kunnen ondersteunen, waaronder nuttige breedbanduitbarstingen van licht, " zegt co-auteur William Renninger, assistent-professor in de optica.

Door het spectrale filter toe te voegen, de onderzoekers kunnen een laserpuls in de resonator manipuleren om het golffront te verbreden door de kleuren van de straal te scheiden.

De nieuwe methode is voordelig omdat "naarmate je de pols verbreedt, je vermindert de piek van de pols, en dat betekent dat je er dan meer totale energie in kunt steken voordat het een hoog piekvermogen bereikt dat problemen veroorzaakt, ' zegt Renninger.

Het nieuwe werk sluit aan bij de aanpak van Nobelprijswinnaars Donna Strickland '89 (Ph.D.) en Gerard Mourou, die hielpen bij het inluiden van een revolutie in het gebruik van lasertechnologie toen ze pionierden met chirped pulsversterking terwijl ze onderzoek deden aan het University's Laboratory for Laser Energetics.

Het werk maakt gebruik van de manier waarop licht wordt verspreid als het door optische holtes gaat. De meeste eerdere holtes vereisen zeldzame "abnormale" dispersie, wat betekent dat het blauwe licht sneller reist dan rood licht.

Echter, de getjilpte pulsen leven in 'normale' dispersieholtes waarin rood licht zich sneller voortplant. De spreiding wordt "normaal" genoemd omdat dit het veel voorkomende geval is, waardoor het aantal holtes dat pulsen kan genereren aanzienlijk zal toenemen.

Voorafgaande holtes zijn ook ontworpen om minder dan één procent verlies te hebben, terwijl de getjilpte pulsen ondanks een zeer hoog energieverlies in de holte kunnen overleven. "We laten piepende pulsen zien die stabiel blijven, zelfs met meer dan 90 procent energieverlies, die de conventionele wijsheid echt uitdaagt, ' zegt Renninger.

"Met een eenvoudig spectraal filter, we gebruiken nu verlies om pulsen te genereren in lossy en normale dispersiesystemen. Dus, naast verbeterde energieprestaties, het opent echt wat voor soort systemen kunnen worden gebruikt."

Andere medewerkers zijn hoofdauteur Christopher Spiess, Qian Yang, en Xue Dong, alle huidige en voormalige afgestudeerde onderzoeksassistenten in het laboratorium van Renninger, en Victor Bucklew, een voormalig postdoctoraal medewerker in het lab.

"We zijn erg trots op dit papier, "zegt Renninger. "Het heeft lang geduurd."