Novo laser eletro-óptico emite 30 bilhões de pulsos por segundo

• O novo laser eletro-óptico é 100 vezes mais rápido do que a luz laser ultrarrápida convencional.
• O sistema é confiável e produz pulsos precisos e estáveis ​​a 30 GHz.
• Pode ser usado em imagens biológicas / químicas e para implementar redes de comunicação mais rápidas.

Os 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 ligando os domínios óptico e de micro-ondas do espectro eletromagnético.

Uma vez que a fase desses pulsos pode ser controlada, ela tem uma variedade de aplicações que vão desde a direção de 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 de modo bloqueado.

Agora, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia chegaram com uma abordagem alternativa que gera uma série de pulsos ópticos sem bloqueio de modo. Eles estão chamando isso de laser eletro-óptico, que emite mais 100 vezes mais rápido do que o laser ultrarrápido tradicional. Basicamente, é a modulação eletro-óptica de um laser desenvolvido com eletrônicos comuns.

Como ele é diferente dos lasers ultrarrápidos?

Embora a ideia de construir uma eletro-óptica seja bastante simples e a tecnologia exista há quase 50 anos, os cientistas não conseguiram mudar a luz para emitir pulsos ultrarrápidos enquanto eliminavam a interferência eletrônica.

Normalmente, o método de bloqueio de modo envolve a reflexão de luz para frente e para trás em uma cavidade espelhada de tal maneira que as ondas interferem construtivamente umas com as outras para produzir pulsos curtos. No entanto, a nova técnica funciona em um mecanismo de força mais bruta:divide um feixe de laser contínuo em pulsos separados, reduzindo a interferência induzida pelo calor.

Conforme os sinais voltam e voltam dentro da cavidade, ondas fixas aparecem nas frequências mais altas, bloqueando todas as outras frequências. A estabilização do sinal e a filtração 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 customizada. Todos os pulsos são uniformes e passam por uma estrutura de guia de ondas de microchip para produzir cores diferentes no pente de frequência.

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

Um pente de frequência óptica é usado como fonte da luz ultrarrápida tradicional. Esses pentes são construídos com lasers de modo bloqueado que criam pulsos de várias cores de ondas de luz que se sobrepõem umas às outras e formam ligações entre as frequências de micro-ondas e ópticas. O laser eletro-óptico, por outro lado, aplica vibrações eletrônicas em um laser infravermelho, moldando com eficiência os pulsos na luz.

O laser eletro-óptico isola a luz de determinadas frequências para formar um pente de frequência de cores diferentes | David Carlson / NIST

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

Aplicativos

Para construir o laser eletro-óptico, os pesquisadores optaram por usar apenas microondas e instrumentos de telecomunicações disponíveis comercialmente. 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 medições de longo prazo de redes de relógios ópticos.

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Além disso, este tipo de laser pode ser usado em imagens biológicas e químicas para acelerar tipos específicos de imagens de tecidos / produtos químicos. Por exemplo, a imagem hiperespectral que geralmente leva um minuto pode ser realizada em tempo real.