Ultranopea laser sirulla

EPFL:n tutkijat ovat rakentaneet fotonisirun, joka kilpailee paljon suurempien laboratoriolasereiden kanssa, tuottaa erittäin lyhyitä, suuritehoisia optisia pulsseja ja voisi mullistaa teknologioita, kuten lääketieteellistä diagnostiikkaa ja optisia atomikelloja.

Ultranopeat laserit lähettävät vain muutaman sadan femtosekunnin pulsseja. Nämä valonvälähdykset soveltuvat niin mikrokoneistukseen ja silmäkirurgiaan kuin optisiin taajuuskampoihinkin. Yli kahden vuosikymmenen ponnisteluista huolimatta ultranopeat laserit ovat kuitenkin jääneet pitkälti kömpelöiksi ja kalliiksi järjestelmiksi, jotka on rajoitettu optisiin pöytiin.

Nyt professori Tobias J. Kippenbergin johtama EPFL:n tutkimusryhmä on siirtänyt ne fotonisirulle. Tutkimusraportissa tutkijat kertovat ensimmäisestä integroidusta ultranopeasta laserista, joka kilpailee pöytämallisten laitteiden kanssa ja tuottaa 1,05 nanojoulea jopa 147 femtosekunnin pulsseissa.

”Yli kahdenkymmenen vuoden ajan korkean pulssin energian femtosekuntilaserilla toteutettua sirua pidettiin laajalti integroidun fotoniikan Graalin maljana”, Kippenberg sanoo. ”Tuloksemme osoittaa, että se ei ole ainoastaan mahdollista, vaan se voidaan saavuttaa yllättävän elegantilla arkkitehtuurilla.”

EPFL-tiimi siirtyi käyttämään pitkälti huomiotta jäänyttä laserrakennetta, joka tunnetaan nimellä Mamyshev-oskillaattori. Laserontelossa epälineaarinen aaltojohde sijaitsee kahden optisen suodattimen välissä, jotka kumpikin päästävät läpi eri osan värispektristä. Kun voimakas pulssi kulkee aaltojohteen läpi, se laajenee laajemmaksi värivalikoimaksi, jolloin osa siitä pääsee läpi molemmista suodattimista ja jatkaa kiertämistään. Heikko valo ei laajene tarpeeksi ja se hylätään.

”Tämä malli on erityisen houkutteleva, koska se ei vaadi mitään komponentteja, joita on vaikea valmistaa tällä erbiumilla seostetulla piinitridisirulla”, selittää artikkelin toinen johtava kirjoittaja Zheru Qiu.

Sirun 42 cm pitkä laserontelo voidaan taittaa tulitikun pään kokoiseksi, joka on paljon pienempi kuin optisiin kuituihin perustuvat laserit. Koska näitä fotonisia siruja voidaan valmistaa kiekkojen mittakaavassa, aivan kuten tietokonesiruja, yli 1000 laseronteloa voitaisiin tuottaa kerralla, mikä avaisi tien paljon edullisempiin ultranopeisiin lasereihin sensori-, spektroskopia- ja metrologiakäyttöön. "Kilowattitason huipputehojensa ansiosta siru voi ajaa vaativia sovelluksia, jotka ovat pitkään olleet riippuvaisia suurista ja kalliista laboratoriolasereista", Qiu sanoo.

Tulos voisi johtaa kannettaviin ja edullisiin työkaluihin epäpuhtauksien havaitsemiseksi, piilevien vikojen paljastamiseksi ja lääketieteellisen diagnostiikan suorittamiseksi, samalla avaten tietä kompakteille optisille atomikelloille tulevaisuuden viestintää ja navigointia varten.

Aiheesta aiemmin:

Mikroskooppinen nanolaser

Peilitön laser: Uusi valonlähde

Femtosekunnin laseri lasista