Design af lasere baseret på kvantefysik

Et forskerhold på fem lande koordineret af Germán J. de Valcárcel Gonzalvo, professor i optik ved universitetet i Valencia, har udviklet en ny teori - den sammenhængende hovedligning - der beskriver opførselen af ​​pulserende lasere baseret på hurtige materialer og fremhæver dens virkninger af kvantekohærens (materialets og lyselektroners evne til at oscillere i forening i nogen tid). Disse lasere kan udsende intense lysimpulser på en milliardtedel af et sekund med konstant hastighed og har stor teknologisk og videnskabelig effekt.

Forskningen, offentliggjort torsdag i bladet Naturkommunikation , åbner døren til design af nye typer lasere, især med halvledermaterialer, fra kvanteteorien, som især beskriver vekselvirkningerne mellem stof og lysende strålingselektroner.

Mode-locked (ML) pulserende lasere finder en bred vifte af anvendelser inden for medicinsk-kirurgiske, mikroskopi, spektroskopi eller telekommunikationsteknikker, samt i grundlæggende videnskabelige eksperimenter, der muliggør forskning i fundamentale fænomener. De er også vigtige i præcisionsmetrologi baseret på optiske frekvenskamme (en type stråling, der anvendes, blandt andre, i GPS- eller fjernmålingsteknologier), som gav John L. Hall og Theodor W. Hunsch Nobelprisen i fysik i 2005.

Oprindelsen af ​​ML-lasere går tilbage næsten til selve laserens fødsel i 1960, selvom det først var i 1975, at en simpel og forudsigelig teori om dens adfærd blev tilgængelig, forklarer Germán de Valcárcel. Denne ramme, kaldet hovedligningen, er udviklet af Hermann A. Haus og er med stor succes blevet anvendt på et væld af ML lasertyper.

Forskerholdet fra Spanien, Frankrig, Italien, New Zealand og Storbritannien har arbejdet med denne teoris begrænsninger, hvilken, blandt andre, kan ikke forklare disse laseres opførsel, når forstærkermediets respons er hurtig pulsgentagelsesfrekvens.

For at overvinde denne situation, forskerne har udført et sæt af halvlederbaserede lasereksperimenter, der bekræfter de teoretiske forudsigelser af deres forslag – den sammenhængende hovedligning – som også forklarer de sammenhængende kvanteeffekter observeret af andre grupper i tidligere eksperimenter.

"Den nye teori åbner døren til at udnytte den rige fænomenologi af disse effekter i designet af nye typer ML-lasere, som kan føre til nye funktioner og anvendelser, især inden for områder som præcisionsmetrologi eller optisk kommunikation, " forklarede Germán de Valcárcel.