Новый электрооптический лазер излучает 30 миллиардов импульсов в секунду

• Новый электрооптический лазер в 100 раз быстрее обычного сверхбыстрого лазера.
• Система надежна и выдает точные и стабильные импульсы на частоте 30 ГГц.
• Его можно использовать для получения биологических / химических изображений и для создания более быстрых сетей связи.

Сверхбыстрые лазеры генерируют серию световых импульсов длительностью до фемтосекунд. Они могут функционировать как частотные гребенки, чтобы обеспечить эталон частоты и времени, перекрывая микроволновую и оптическую области электромагнитного спектра.

Поскольку фазой этих импульсов можно управлять, у него есть множество приложений, начиная от управления квантовыми состояниями материи и заканчивая оптическими атомными часами. Хотя возможности сверхбыстрых лазеров с годами расширились, им необходима интегральная стабильность резонатора с синхронизацией мод.

Теперь исследователи из Национального института стандартов и технологий пришли к альтернативному подходу, который генерирует серию оптических импульсов без синхронизации мод. Они называют это электрооптическим лазером, который излучает плюсы в 100 раз быстрее, чем традиционный сверхбыстрый лазер. По сути, это электрооптическая модуляция лазера, разработанная с использованием обычной электроники.

Чем он отличается от сверхбыстрых лазеров?

Хотя идея создания электрооптики довольно проста, а технология существует уже почти 50 лет, ученые не смогли переключить свет, чтобы излучать сверхбыстрые импульсы, устраняя при этом электронные помехи.

Обычно метод синхронизации мод включает в себя отражение света назад и вперед в зеркальном резонаторе таким образом, что волны конструктивно интерферируют друг с другом, создавая короткие импульсы. Однако новый метод работает по более грубому механизму:он разделяет непрерывный лазерный луч на отдельные импульсы, уменьшая тепловые помехи.

Поскольку сигналы отражаются взад и вперед внутри полости, фиксированные волны появляются на самых высоких частотах, блокируя все другие частоты. В этой полости выполняется стабилизация и фильтрация сигнала.

В частности, они использовали инфракрасный лазер (излучающий непрерывную волну) для генерации импульсов с помощью генератора, стабилизированного настраиваемым резонатором. Все импульсы однородны и проходят через структуру волновода микрочипа, чтобы получить разные цвета в частотной гребенке.

Ссылка:ScienceMag | doi:10.1126 / science.aat6451 | NIST

Гребенка оптической частоты используется в качестве источника традиционного сверхбыстрого света. Такие гребенки построены на основе лазеров с синхронизацией мод, которые создают импульсы из нескольких цветов световых волн, перекрывающихся друг с другом и образующих связи между микроволновыми и оптическими частотами. Электрооптический лазер, с другой стороны, применяет электронные колебания к инфракрасному лазеру, эффективно формируя световые импульсы.

Электрооптический лазер изолирует свет определенных частот, чтобы сформировать частотную гребенку разных цветов | Дэвид Карлсон / NIST

Лазеры с синхронизацией мод генерируют импульсы каждые 10 наносекунд, тогда как электрооптическим лазерам требуется всего 100 пикосекунд для генерации одного импульса (в 100 раз быстрее).

Приложения

Для создания электрооптического лазера исследователи решили использовать только коммерчески доступные микроволновые и телекоммуникационные приборы. Это делает систему более надежной. Кроме того, его стабильность и точность довольно приличные, что делает его пригодным для более быстрых систем связи и долгосрочных измерений в сетях оптических часов.

Читайте:DARPA будет использовать лазерный источник света для питания небольших самолетов на лету

Более того, этот вид лазера может использоваться в биологической и химической визуализации для ускорения определенных типов визуализации тканей / химических веществ. Например, гиперспектральная съемка, которая обычно занимает минуту, может выполняться в режиме реального времени.