Laser Eletro-Óptico Revolucionário Entrega Taxa de Pulso de 30 GHz para Imagem e Comunicações Ultra-Rápidas

Visão Geral

• Novo laser eletro-óptico é 100 vezes mais rápido que luz laser ultrarrápida convencional.
• O sistema é confiável e produz pulsos precisos e estáveis a 30 GHz.
• Pode ser usado em imagem biológica/química e para implementar redes de comunicação mais rápidas.

Lasers ultrarrápidos geram uma série de pulsos de luz que duram até femtossegundos. Eles podem funcionar como pentes de frequência para fornecer uma referência de frequência e tempo unindo os domínios de micro-ondas e ópticos do espectro eletromagnético.

Como a fase desses pulsos pode ser controlada, tem uma variedade de aplicações, desde direcionar estados quânticos da matéria até relógios atômicos ópticos. Embora as capacidades dos lasers ultrarrápidos tenham melhorado ao longo dos anos, eles precisam de uma estabilidade integral do ressonador mode-locked.

Agora, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) apresentaram uma abordagem alternativa que gera uma série de pulsos ópticos sem mode-locking. Eles chamam de laser eletro-óptico que emite pulsos 100 vezes mais rápidos que o laser ultrarrápido tradicional. Basicamente, é modulação eletro-óptica de um laser desenvolvido com eletrônica comum.

Como É Diferente dos Lasers Ultrarrápidos?

Embora a ideia de construir um laser eletro-óptico seja bastante simples e a tecnologia exista há quase 50 anos, os cientistas não conseguiram comutar a luz para emitir pulsos ultrarrápidos enquanto eliminam interferência eletrônica.

Geralmente, o método de mode-locking envolve refletir a luz para frente e para trás em uma cavidade espelhada de modo que as ondas interfiram construtivamente para produzir pulsos curtos. No entanto, a nova técnica funciona em um mecanismo mais de força bruta: ela fatia um feixe de laser contínuo em pulsos separados, reduzindo a interferência induzida por calor.

À medida que os sinais ricocheteiam para frente e para trás dentro da cavidade, ondas fixas aparecem nas frequências mais altas, bloqueando todas as outras frequências. Estabilização e filtragem de sinal são feitas dentro desta cavidade.

Mais especificamente, eles usaram um laser infravermelho (emitindo onda contínua) para gerar pulsos com um oscilador estabilizado por uma cavidade personalizada. Todos os pulsos são uniformes e passam por uma estrutura de guia de onda em microchip para produzir diferentes cores no pente de frequência.

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

Um pente de frequência óptica é usado como fonte no laser ultrarrápido tradicional. Tais pentes são construídos com lasers mode-locked que criam pulsos de várias cores de ondas de luz sobrepostas e formando links entre frequências de micro-ondas e ópticas. O laser eletro-óptico, por outro lado, aplica vibrações eletrônicas em um laser infravermelho, moldando eficientemente os pulsos na luz.

Os lasers mode-locked geram pulsos a cada 10 nanossegundos, enquanto o laser eletro-óptico leva apenas 100 picossegundos para gerar um pulso (100 vezes mais rápido).

Aplicações

Para construir o laser eletro-óptico, os pesquisadores optaram por usar apenas instrumentos de micro-ondas e telecomunicações comercialmente disponíveis. Isso torna o sistema mais confiável. Além disso, sua estabilidade e precisão são bastante decentes, tornando-o adequado para sistemas de comunicação mais rápidos e medição de longo prazo de redes de relógios ópticos.

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Além disso, este tipo de laser pode ser usado em imagem biológica e química para acelerar tipos específicos de imagem de tecidos/químicos. Por exemplo, imagem hiperspectral que normalmente leva um minuto pode ser realizada em tempo real.