Krystal skaber et superkontinuum gennembrud

Forskere har genereret en bred vifte af farver fra en enkelt laser efter at have opdaget en ny proces til at opnå såkaldt "superkontinuumgenerering."

Supercontinuum-generering er, når intenst laserlys af en farve bevæger sig inden i et materiale, som glas, og udvides til et spektrum af farver.

Effekten lader forskere producere lys i farver, der er skræddersyet til bestemte applikationer i sektorer som biobilleddannelse, optisk kommunikation og grundlæggende studier af materialer.

Indtil nu, der var to måder at skabe et superkontinuum på. En speciel optisk fiber, omkring 10 % af bredden af ​​et menneskehår, kan bruges til at koncentrere lys til en meget høj intensitet, over længder på få meter.

Alternativt endnu mere kraftfuldt lys fra en forstærket laser – af den slags, der blev opfundet af 2019 Nobelpristagere Strickland og Mourou – kunne fokuseres tæt ind i almindeligt glas.

Disse traditionelle tilgange har ulemper, forbundet enten med størrelsen, kompleksiteten og omkostningerne ved at bruge en laser med ekstrem høj energi, eller med den præcise og skrøbelige justering, der er nødvendig for at tvinge lys ind i en optisk fiber kun to tusindedele af en millimeter i diameter.

Fotonikeksperter fra Heriot-Watt har demonstreret en ny metode, der kombinerer det bedste fra begge verdener:et farverigt superkontinuum fra et bulkmateriale, der kun bruger lasere med moderat energi. Gennembruddet er blevet rapporteret i det førende tidsskrift Optica .

Professor Derryck Reid fra Institute of Photonics and Quantum Sciences sagde:"Vi har vist, at det at kombinere en simpel laser med en speciel, ikke-lineær krystal kan skabe et superkontinuum direkte.

"Vi har fjernet behovet for enten en højeffektlaser eller delikat kobling af lys til små optiske fibre.

"Der er en fundamentalt ny mekanisme på vej her:Vores specialkonstruerede galliumphosphidkrystal skaber en kaskadeeffekt.

"Vi oplyser krystallen med lys fra en infrarød laser, hvoraf nogle konverteres til synligt grønt lys. Dette genererer igen mere grønt lys ved en lidt længere bølgelængde, bliver den første gule, derefter orange og arbejder helt ud til det røde.

"De svagere kanter af lyset kan generere grønt ved længere og længere bølgelængder. Dette er aldrig blevet rapporteret før."

Professor Reid og hans team siger, at der er behov for yderligere arbejde for at afgøre, om effekten er specifik for den specielle galliumphosphidkrystal, de brugte, og om den kan forstærkes yderligere.

Professor Reid sagde:"Dette er virkelig lovende. Vi tror, ​​vi kan gøre lysets spektrum bredere og mere intenst ved at optimere krystallens egenskaber.

"Synlige superkontinuaer er allerede meget brugt i biovidenskabelige billeddannelser og spektroskopi, men er begrænset af egenskaberne af specielle optiske fibre. Vores nye teknik kan tilbyde et praktisk og kompakt alternativ til disse eksisterende lyskilder.