Новая лазерная архитектура может формировать сложную структуру для управления материей

• Исследователи разрабатывают новую лазерную архитектуру под названием универсальный модулятор света для исследования материи и управления ею.
• Это может стать поворотным моментом для всех основных фотонных приложений, требующих высокой мощности.

Лазеры используются для нескольких целей, включая выравнивание материалов, указание объектов во время презентации, а также врачами для косметических и хирургических процедур. Многие вещи, которые вы видите в своей повседневной жизни, основаны на лазерных технологиях, таких как сканер штрих-кода, приводы оптических дисков, оптоволокно, материалы для резки и сварки, лазерное освещение в развлекательных заведениях и многое другое.

Лазеры обладают невероятными возможностями для точного управления, контроля и исследования вещества с использованием различных методологий. Хотя в основном они работают за кулисами, лазеры являются основой передовой науки и техники. В 2018 году Нобелевская премия по физике была присуждена за революционную лазерную технологию - оптический пинцет - метод захвата наночастиц между двумя лазерными лучами.

Недавно исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета разработали новую лазерную архитектуру для исследования и контроля материи. Его называют универсальным модулятором света.

Лазер может создавать сложные конструкции

Поскольку лазер излучает свет когерентно, он может иметь гораздо более сложную структуру, чем любой другой источник света, с точки зрения интенсивности и электромагнитного распределения. Например, он может иметь уникальное трехмерное распределение интенсивности (оптический фильтр или вафельный конус) или цилиндрические векторные пучки.

Благодаря этим возможностям универсальный модулятор света может открыть новые двери для передовых приложений фотоники. В настоящее время существует не так много надежных методов для создания сложных световых конструкций, поэтому использование возможностей программирования или проектирования таких структур очень сложно.

Ссылка:Оптическое общество

Это делается только с помощью внешних инструментов, таких как пространственные модуляторы света, используемые в проекторах. Однако эти инструменты имеют ограничения пиковой и средней мощности, и они могут легко взорваться, не обращаясь к приложениям, требующим значительных уровней мощности.

Новая лазерная архитектура позволяет избежать этого ограничения мощности, не влияя на способность создавать произвольные световые структуры. Исследователи разработали инновационную функциональность для встраивания лучей в саму архитектуру лазера. Это соответствует двум основным требованиям:легкая структура и масштабирование мощности.

Формирование луча с помощью новой лазерной архитектуры | Грег Стюарт / SLAC

Они использовали составные лучи для создания этих программируемых световых импульсов. Вы можете думать об этом как о лазерном луче, состоящем из нескольких более коротких бимлетов, похожих на соты, каждым из которых можно управлять независимо, несмотря на то, что все они согласованы друг с другом.

Они могут «раскрывать» информацию друг другу, включая свое состояние и соответствующие отношения. Если все бимлеты синхронизировать, вместе они могут создать любую структуру.

Приложения

Универсальный модулятор света чрезвычайно ценен для сверхкоротких систем (в фемтосекундных временных масштабах и даже короче):он может дать толчок совершенно новому пониманию того, как источники света со сложной структурой могут использоваться для управления технологическими усилиями. Это может стать поворотным моментом для всех основных фотонных приложений, требующих высокой мощности, микронанообработки, оптического захвата, оптоволоконной связи и сверхбыстрых исследований протонов.

В настоящее время исследователи пытаются использовать эти источники света для управления электронными лучами, движущимися со скоростью света. Это поможет им создать новые виды источников рентгеновского излучения и электронов и запечатлеть структуру света на рентгеновских лучах и электронах.

Читайте:Практический 3D-дисплей, созданный с помощью технологии голографии и светового поля

Кроме того, они планируют изучить многочисленные параллельные работы. Самым первым делом нужно интегрировать больше бимлетов и модернизировать модулятор до гораздо большей мощности. Во-вторых, они изучат, как преобразовать фемтосекундные бимлеты в другие длины волн с помощью методов нелинейного преобразования, которые позволят получить структурированный свет с гиперспектральным составом и естественной самосинхронизацией или с многоцветным светом.