Ny ultrahurtig måleteknik viser, hvordan lasere starter fra kaos

Lasere, der udsender ultrakorte lysimpulser, er kritiske komponenter i teknologier, herunder kommunikation og industriel behandling, og har været centrale for grundlæggende nobelprisvindende forskning i fysik. Selvom den først blev opfundet i 1960'erne, den nøjagtige mekanisme, hvorved lasere rent faktisk frembringer sådanne lyse lysglimt, er forblevet undvigende. Det har ikke tidligere været muligt at kigge inde i en laser, da den først tændes for at se, hvordan laserpulserne opbygges af støj. Imidlertid, forskning, der for nylig blev offentliggjort online i Natur fotonik har demonstreret for første gang, hvordan laserpulser kommer ud af ingenting fra støj og derefter viser kompleks kollaps og svingningsdynamik, før de til sidst går over til en stabil regelmæssig drift.

"Grunden til, at forståelsen af ​​disse lasere har været så vanskelig, er fordi de pulser, de producerer, typisk er af picosekunders varighed eller kortere. Efter den komplekse opbygningsdynamik af så korte pulser for hundredvis, nogle gange har tusindvis af burst før laseren faktisk stabiliseres været uden for optiske måleteknikker, "siger professor Goëry Genty, der overvågede forskningen i Laboratory of Photonics ved Tampere University of Technology (TUT).

Denne forskning blev udført i samarbejde mellem FEMTO-ST Institute i Frankrig (CNRS og University of Bourgogne-Franche-Comté) og Laboratory of Photonics på TUT. Det særlige videnskabelige fremskridt, der førte til de nye fund, er måling i realtid af laser tidsmæssig intensitet med sub-picosekund opløsning, såvel som dets optiske spektrum med sub-nanometeropløsning. Ved at registrere både disse tidsmæssige og spektrale egenskaber samtidigt, en avanceret beregningsalgoritme kan hente de komplette egenskaber ved det underliggende elektromagnetiske felt.

Bortset fra at give ny indsigt i, hvordan pulserende lasere fungerer, forskningsresultaterne har vigtige tværfaglige anvendelser.

"Resultaterne giver et meget praktisk laboratorieeksempel på det, der er kendt som et" dissipativt solitonsystem ", som er et centralt begreb inden for ikke -lineær videnskab og også relevant for undersøgelser inden for andre områder, såsom biologi, medicin og muligvis endda samfundsvidenskab, "siger professor John. M. Dudley, der ledede forskningen ved universitetet i Bourgogne-Franche-Comté.

Mens man rekonstruerede udviklingen af ​​det elektromagnetiske felt, teamet observerede en lang række interaktionsscenarier mellem dissipative soliton -strukturer, der stammer fra støj.

"Den tilgang, vi har implementeret, kan fungere ved lave inputeffektniveauer og høje hastigheder. Resultaterne giver et helt nyt vindue om tidligere usynlige interaktioner mellem nye dissipative solitons i form af kollisioner, fusion eller sammenbrud ", Siger Genty.

Forskerne mener, at deres resultater vil muliggøre forbedret design og ydeevne af ultrahurtige pulserende lasere.

"Dette er et virkelig fascinerende forskningsområde, hvor undersøgelser motiveret af spørgsmål inden for grundvidenskab har potentiale til at have reel praktisk indflydelse på fremtidens fotoniske teknologi, "slutter Dudley.