Bryder rekorden for optisk båndbredde for stabile pulserende lasere

Ultrafast Optical Processing Group ved INRS (Institut national de la recherche scientifique) har omdefineret begrænsninger og begrænsninger for ultrahurtige pulserende lasere. Som rapporteret i Natur fotonik , forskere fra teamet af professor Roberto Morandotti har produceret den første pulserende passivt mode-låste nanosekundlaser, med en rekordlav og transformationsbegrænset spektralbredde på 105 MHz-mere end 100 gange lavere end nogen mode-låst laser til dato. Med en kompakt arkitektur, beskedne strømbehov, og den unikke evne til at løse det fulde laserspektrum i radiofrekvens (RF) domænet, laseren baner vejen for fuld on-chip integration til nye sensing og spektroskopi implementeringer.

Lasere, der udsender intense lyspuls-tog, har gjort det muligt at observere mange fænomener i mange forskellige forskningsdiscipliner, og er grundlaget for state-of-the-art eksperimenter i moderne fysik, kemi, biologi, og astronomi. Imidlertid, høje pulsintensiteter med lave gentagelseshastigheder kommer på bekostning af middelmådige støjegenskaber. Det er her, passivt moduslåste lasersystemer kommer ind:De er det optimale valg til at generere støjsvage optiske pulstog. Sådanne systemer har, for eksempel, gjort det muligt at oprette stabile optiske frekvensreferencer for metrologi (Nobelprisen, 2005) samt intense ultrakorte pulser (dvs. enkelt-cyklus-impulser i attosekund-regimet) til undersøgelse af høj-intensitet lys-stof interaktioner.

Mens mange mode-locking teknikker er blevet demonstreret, hovedsageligt rettet mod at skabe stadig kortere impulser med bredere spektre, Der er hidtil kun opnået få fremskridt med at tackle det modsatte problem:Generering af stabile nanosekund-smalbåndbreddepulserede kilder.

I deres seneste udgivelse, INRS-forskerteamet præsenterer en ny laserarkitektur, der udnytter de seneste fremskridt inden for ikke-lineær mikrohuleoptik, skubbe grænserne yderligere. Specifikt, de udnytter smalbåndsfilteret, der er karakteristisk for integrerede mikro-ringresonatorer, som, ud over at muliggøre høje ikke -lineære faseskift, gøre det muligt at generere nanosekundpulser selvom tilstandslås.

"Den genererede pulserede laserudgang har en spektral båndbredde, der er så snæver, at den ikke er tilgængelig med state-of-the-art optiske spektrumanalysatorer, " siger Michael Kues, postdoktor og hovedforfatter af undersøgelsen. For at karakterisere laserens båndbredde, forskerne brugte i stedet en sammenhængende optisk banketeknik. Den rekordlange laserbåndbredde gjorde det muligt, for første gang, at måle de fulde spektrale egenskaber af en tilstandslåst laser i RF-domænet ved kun at bruge bredt tilgængelig RF-elektronik og bekræfte, på tur, laserens stærke tidsmæssige sammenhæng.

Sådanne stabile nanosekunders pulserende kilder med smal båndbredde er ønskelige til mange sanse- og mikroskopiapplikationer, samt til effektiv excitation af atomer og molekyler (typisk med snævre excitationsbåndbredder). Fra et grundlæggende perspektiv, det lave og overførbare antal optiske lasertilstande, kombineret med RF-tilgængeligheden af ​​det tilhørende spektrum, gøre holdets nyudviklede laser yderst befordrende for yderligere undersøgelse af både ikke-lineær tilstandskobling og komplekse tilstands-låseregimer.