Yksimuotoista laserointia

Yhdysvaltain energiaministeriön Berkeley Labin ja University of California  Berkeleyn tutkijat ovat raportoineet merkittävästä läpimurrosta laserteknologiassa.

Fyysikko Xiang Zhangin johtamat tutkijat ovat kehittäneet omaperäisen rengasmaisen laserontelon, joka voi tuottaa yksimuotoista laserointia jopa perinteisestä multi-mode laseronkalosta.

Laserontelossa eli resonaattorissa valon heijastukset saavat aikaan seisovan aallon tietyillä resonanssitaajuuksilla eli muodoilla. Tyypillisesti laserontelot eli kaviteetit tukevat useita värähtelymuotoja, koska niiden mitat ovat paljon suurempia kuin optiset aallonpituudet.

"Monissa sovelluksissa, yksimuotoinen laserointi olisi toivottavaa, sen vakaan toiminnan, paremman säteen laadun ja helpomman manipuloinnin takia", toteaa Zhang.

Tavoitteeseen on pyritty aiemminkin mutta Zhangin ryhmän kehittämä rengasmainen laseronkalo on ensimmäinen onnistunut yleispätevä konsepti. Saavutuksen avain on käyttää pariteetti-aika (PT) symmetrian käsitteen murtamista, häviöiden ja vahvistuksen vuorovaikutusta sekä resonaattorin ääretöntä systeemiä matkiva pyörähdyssymmetria.

Tutkimusjulkaisun nimi on “Single-Mode Laser by Parity-time Symmetry Breaking. Siinä tutkijat ehdottavat, että tällainen yksimuotolaserointi voisi tasoittaa tietä seuraavan sukupolven optisille laitteille viestintä- ja tietotekniikassa, koska se mahdollistaa useiden itsenäisen lasersäteiden manipuloinnin ilman ylikuulumisongelmia, jotka vaivaavat nykypäivän järjestelmiä.

Nyt kehitettyä mikrorengaskaviteetin käsitettä voidaan käyttää myös optisien muotojen muokkaukseenn tyypillisessä multi-mode laseronkalossa ja näin luoda haluttu laseroiva tila ja emissioiden kuvio.

"Lisäksi osoitettu single-mode toiminta vahvistusspektrin kaistanleveydestä riippumatta voi luoda lasersirun, joka kuljettaa biljoonia informaatiosignaaleja eri taajuuksilla. Tämä voisi mahdollistaa kutistaa valtavat datakeskukset pieniksi fotonisiruiksi," visioivat tutkijat tiedotteessaan.