Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Et lydboost til ekstrem laserydelse

Kredit:CC0 Public Domain

Diamant er et særligt interessant materiale til denne type laser af to vigtige årsager. Dens høje varmeledningsevne betyder, at det er muligt at lave miniaturelasere, der samtidig har høj stabilitet og høj effekt. Lydens hastighed er også meget højere sammenlignet med andre materialer. Dette giver laseren en sekundær evne til direkte at syntetisere frekvenser i det svært tilgængelige millimeterbølgebånd.

I en artikel offentliggjort i Applied Physics Letters Photonics denne uge, forskerne viser, at lys-lyd-interaktionen er særlig stærk i diamanter, og har demonstreret den første Brillouin-laser på bænken, der bruger diamant.

Dette resultat er et gennembrud, da det giver en yderst praktisk tilgang til Brillouin -lasere med et stærkt øget ydelsesområde. I modsætning til tidligere Brillouin -lasere, diamantversionen opererede uden at skulle begrænse de optiske eller lydbølger i en bølgeleder for at forbedre interaktionen. Det betyder, at Brillouin -lasere lettere kan skaleres i størrelse og med meget større fleksibilitet til styring af laseregenskaberne samt øget effekt.

Diamond giver en ny måde at begynde at udnytte de unikke egenskaber ved Brillouin -lasere. Kun en meget lille mængde affaldsenergi afsættes i det lydbærende materiale. Dette fører til en lang række funktioner, herunder strålegenerering med ultra-ren og stabil udgangsfrekvens, generering af nye frekvenser, og potentielt, lasere med usædvanlig høj effektivitet.

Macquarie Universitets Rich Mildren siger "Denne udvikling giver en ny vej mod højeffektlasere, der er ekstremt effektive og har udsøgte frekvensegenskaber som lavfasestøj og smal linjebredde. Disse egenskaber er nødvendige for applikationer, der kræver de højeste standarder for støj- fri frekvens egenskaber, som ultrasensitiv detektion af gravitationsbølger eller manipulation af store arrays af qubits i kvantecomputere. "

Et andet banebrydende resultat er, at diamanten kan syntetisere meget rene frekvenser ud over mikrobølgebåndet. Som en konsekvens af den meget høje lydhastighed i diamant - voldsomme 18 km/s - er frekvensafstanden mellem inputpumpestrålen og laserlinjen mange gange højere end i andre materialer. Denne egenskab kan bruges til at generere frekvenser i millimeterbølgebåndet (30-300 GHz) ved hjælp af en teknik kaldet foto-blanding. Brillouin lasersyntese af disse frekvenser er vigtig, fordi der er en iboende mekanisme, der reducerer frekvensstøj til de niveauer, der er nødvendige for næste generations radar- og trådløse kommunikationssystemer. Dette har været en stor udfordring for elektronik eller andre fotonisk baserede generationsordninger.

Værket har hidtil kvantificeret styrken af ​​lys-lyd-interaktionen i diamant, en grundlæggende parameter til at forudsige fremtidigt design og ydeevne. Det demonstrerede også en praktisk enhed med over 10 W effekt.

Dr. Zhenxu Bai, føre ph.d. studerende på projektet, siger "Vi kan nu begynde at tænke på designet af Brillouin -lasere på en ny måde, snarere end som et fænomen begrænset til små guidede bølgestrukturer eller som en skadelig virkning i fiberlasere. "

Forfatterne koncentrerer deres fremtidige arbejde om at udvide rækkevidden af ​​laserkapacitet ved at demonstrere lasere med de højere niveauer af frekvensrenhed og effekt, der er nødvendige for at understøtte fremtidige fremskridt inden for kvantevidenskab, trådløs kommunikation og sansning.


Varme artikler