In een innovatieve benadering voor het controleren van ultrakorte laserflitsen gebruiken onderzoekers van de universiteiten van Bayreuth en Konstanz solitonfysica en twee pulskammen binnen één enkele laser. De methode heeft het potentieel om lasertoepassingen drastisch te versnellen en te vereenvoudigen.

Traditioneel wordt de pulsafstand van lasers ingesteld door elke puls in twee pulsen te splitsen en deze over verschillende, mechanisch afstembare afstanden te vertragen. Als alternatief worden twee laserbronnen met enigszins verschillende orbitale perioden ("dubbele kammen") gebruikt om snelle vertragingen te genereren uit de superpositie van de twee pulskammen.

De puur optische methode gedemonstreerd door prof. dr. Georg Herink, hoofd van de groep "Experimental Physics VIII – Ultrafast Dynamics" aan de Universiteit van Bayreuth en zijn promovendus Julia A. Lang in samenwerking met prof. dr. Alfred Leitenstorfer en Sarah R. Hutter van de Universiteit van Konstanz is gebaseerd op twee pulskammen binnen één enkele laser. Het maakt extreem snelle en flexibel instelbare impulsreeksen mogelijk.

Tegelijkertijd kan dit worden geïmplementeerd in zeer compacte, op glasvezel gebaseerde lichtbronnen. Door de twee pulskammen buiten de laser tijdelijk samen te voegen, verkrijgen de onderzoekers pulspatronen die indien nodig met willekeurige vertragingen kunnen worden ingesteld.

De onderzoekers gebruiken een truc:in plaats van de gebruikelijke enkele lichtpuls circuleren er twee pulsen in de laser. "Er zit net genoeg tijd tussen de twee pulsen om een ​​enkele 'storing' aan te brengen met behulp van een snelle optische schakelaar in de laser", legt Lang, eerste auteur van het onderzoek, uit. "Met behulp van laserfysica veroorzaakt deze 'intracavity modulatie' een verandering in de snelheid van de pulsen en verschuift zo de twee pulsen in de tijd ten opzichte van elkaar."

De op glasvezel gebaseerde laserbron is gebouwd door Hutter en Leitenstorfer van de Universiteit van Konstanz. Dankzij een speciale real-time meetmethode kunnen de onderzoekers in Bayreuth nu precies waarnemen hoe de korte lichtpulsen – solitonen genoemd – bewegen als invloeden van buitenaf erop inwerken. Deze realtime spectrale interferometrie maakt een nauwkeurige meting van de afstand tussen elk paar pulsen mogelijk:meer dan 10 miljoen keer per seconde.

“We laten zien dat we de timing over een groot bereik extreem snel kunnen aanpassen en vrij programmeerbare bewegingsvormen kunnen realiseren”, legt Herink uit. Het onderzoek dat nu wordt gepresenteerd in Science Advances presenteert een innovatieve benadering voor het controleren van solitonen en opent, naast nieuwe inzichten in de solitonfysica, mogelijkheden voor bijzonder snelle en efficiënte toepassingen van ultrakorte laserpulsen.

Meer informatie: Julia A. Lang et al, Controle van de intracavitaire solitonbeweging met dubbele kam in een laser met één vezel, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2290

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

Aangeboden door de Universiteit van Bayreuth