Универсальный модулятор света: прорывная лазерная архитектура для точного управления материей

• Исследователи разработали новую лазерную архитектуру, названную универсальным модулятором света, для зондирования и контроля материи.
• Это может стать поворотной точкой для всех основных фотонных приложений, требующих высокой мощности.

Лазеры используются для нескольких целей, включая выравнивание материалов, указание объектов во время презентации и врачами для косметических и хирургических процедур. Множество вещей, которые вы видите в повседневной жизни, основаны на лазерных технологиях, таких как сканеры штрих-кодов, оптические дисковые приводы, оптоволокно, резка и сварка материалов, лазерные световые шоу в развлечениях и многое другое.

Лазеры имеют невероятные возможности точно управлять, контролировать и зондировать материю, используя разные методологии. Хотя они в основном функционируют за кулисами, лазеры являются основой передовой науки и технологий. В 2018 году Нобелевская премия по физике была присуждена революционной лазерной технологии — Оптическим пинцетам, технике захвата наночастиц между двумя лазерными пучками.

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

Лазер может включать сложные структуры

Поскольку лазер излучает свет когерентно, он может воплощать гораздо более сложную структуру, чем любой другой источник света, в терминах интенсивности и электромагнитного распределения. Например, он может иметь уникальные трехмерные распределения интенсивности (оптический фильтр или вафельный конус), или цилиндрические векторные пучки.

Благодаря этим способностям универсальный модулятор света имеет потенциал открыть новые двери для передовых приложений фотоники. В настоящее время нет многих надежных методов для производства сложных световых структур, поэтому использование способности программировать или проектировать такие структуры очень трудно.

Источник: The Optical Society

Это делается только внешними инструментами, такими как пространственные модуляторы света, используемые в проекторах. Однако эти инструменты имеют ограничения пиковой мощности и средней мощности, и они могут легко взорваться, не достигнув приложений, требующих значительных уровней мощности.

Новая лазерная архитектура обходит это ограничение мощности, не влияя на способность производить произвольные световые структуры. Исследователи разработали инновационную функциональность для проектирования пучков в саму лазерную архитектуру. Это удовлетворяет два основных требования: световая структура и масштабирование мощности.

Формирование пучка с новой лазерной архитектурой | Greg Stewart / SLAC

Они использовали композитные пучки для построения этих программируемых световых импульсов. Вы можете думать об этом как о лазерном луче, сделанном из нескольких сотовидных более коротких пучков, каждый из которых может контролироваться независимо, несмотря на то, что они все когерентны относительно друг друга.

Они могут «раскрывать» информацию друг другу, включая их состояние и соответствующие отношения. Если все пучки синхронизированы, вместе они могут производить любую структуру.

Приложения

Универсальный модулятор света чрезвычайно ценен в ультракоротких системах (в фемтосекундных временных масштабах и даже короче): он может дать подъем к совершенно новому мышлению о том, как свет со сложными структурами может использоваться для управления технологическими усилиями. Это может стать поворотной точкой для всех основных фотонных приложений, требующих высокой мощности, микро-нано обработки, оптического захвата, оптоволоконных телекоммуникаций и ультрабыстрых протонных наук.

Исследователи сейчас пытаются использовать эти источники света для управления электронными пучками, движущимися на скорости света. Это поможет им создавать новые виды рентгеновских и электронных источников и отпечатывать структуру света на рентгеновских и электронных пучках.

Читайте также: Практический 3D-дисплей, сгенерированный голографией и технологией светового поля

Также они планируют исследовать многочисленные параллельные усилия. Первое — интегрировать больше пучков и обновить модулятор до гораздо более высокой мощности. Второе — они изучат, как конвертировать фемтосекундные пучки в другие длины волн, используя нелинейные методы конверсии, что произведет структурированный свет с гиперспектральным составом и естественной самосинхронностью или с мультиколором.