Een ultrakorte laser met hoge prestaties ter grootte van een vingertop

Een hoge prestatieultrasnelle laserde grootte van een vingertop

Volgens een nieuw coverartikel gepubliceerd in het tijdschrift Science hebben onderzoekers van de City University of New York een nieuwe manier gedemonstreerd om hoogwaardigeultrasnelle lasersover nanofotonica. Deze geminiaturiseerde modusvergrendeldelaserzendt een reeks ultrakorte coherente lichtpulsen uit met tussenpozen van femtoseconden (biljoensten van een seconde).

Ultrasnelle modus-vergrendeldlaserskan helpen de geheimen te ontrafelen van de snelste tijdschalen in de natuur, zoals de vorming of verbreking van moleculaire bindingen tijdens chemische reacties, of de voortplanting van licht in turbulente media. De hoge snelheid, piekpulsintensiteit en brede spectrumdekking van mode-locked lasers maken ook veel fotontechnologieën mogelijk, waaronder optische atoomklokken, biologische beeldvorming en computers die licht gebruiken om data te berekenen en te verwerken.

Maar de meest geavanceerde mode-locked lasers zijn nog steeds extreem dure, energieverslindende desktopsystemen die beperkt zijn tot laboratoriumgebruik. Het doel van het nieuwe onderzoek is om dit om te zetten in een systeem ter grootte van een chip dat massaal geproduceerd en in het veld ingezet kan worden. De onderzoekers gebruikten een opkomend dunnefilmlithiumniobaat (TFLN) materiaalplatform om laserpulsen effectief te vormen en nauwkeurig te regelen door er externe radiofrequente elektrische signalen op toe te passen. Het team combineerde de hoge laserversterking van klasse III-V halfgeleiders met de efficiënte pulsvormingsmogelijkheden van TFLN nanoschaal fotonische golfgeleiders om een ​​laser te ontwikkelen met een hoog piekvermogen van 0,5 watt.

Naast zijn compacte formaat, ter grootte van een vingertop, vertoont de onlangs gedemonstreerde mode-locked laser ook een aantal eigenschappen die traditionele lasers niet kunnen evenaren, zoals de mogelijkheid om de herhalingsfrequentie van de uitgangspuls nauwkeurig af te stemmen over een breed bereik van 200 megahertz door simpelweg de pompstroom aan te passen. Het team hoopt een kambron op chipschaal te creëren met een stabiele frequentie dankzij de krachtige herconfiguratie van de laser, wat cruciaal is voor nauwkeurige detectie. Praktische toepassingen zijn onder andere het gebruik van mobiele telefoons voor het diagnosticeren van oogziekten, het analyseren van E. coli en gevaarlijke virussen in voedsel en het milieu, en het mogelijk maken van navigatie wanneer GPS beschadigd of niet beschikbaar is.