En undvigende effekt, fanget på en chip, der lover nye teknologier

En enkelt laser skydes gennem en mikroskopisk kam, som deler sig i en regnbue af farver. Det hele sker på en meget kontrolleret måde på en lille fotonisk resonator, og kunne bane vejen mod mere præcise ure, opdagelsen af ​​eksoplaneter og forbedrede GPS -systemer.

Forskere udviklede den første af sin slags chip-ved hjælp af det, der kaldes Pockels-effekten-i laboratoriet i Hong Tang, Llewellyn West Jones, Jr. professor i elektroteknik, Anvendt fysik og fysik. Resultaterne af deres arbejde offentliggøres i Natur fotonik .

"Dette arbejde afslører en ny fysikproces til fremstilling af frekvenskamme, "Sagde Tang." Vi udnytter et fotonisk materiale med symmetribrydende krystalstruktur-denne slags Pockels-materiale tilbyder en stærkere optisk ulinearitet end de konventionelt anvendte materialer. "

Chippen har en mikrokam, en ekstremt lille optisk enhed, der konverterer den enkeltes farve på en laser til en række farver med jævnt mellemrum - en effekt, der er vigtig for applikationer som f.eks. spektroskopi. Traditionelt set dette gøres med det, der er kendt som Kerr -mikrokamre, som er effektive, men kræver meget strøm. Videnskabsfolk, selvom, var længe fascineret af muligheden for at bruge mikrokager baseret på Pockels -effekten for at øge effekten, og kunne endelig gøre det for omkring 10 år siden i store hulrum omkring en halv meter lange. Forskellen mellem de to er, at laseren i en Kerr -kam intensiverer lasernes farver for at lave en kam, mens Pockels -kammen oprettes, når laseren gentagne gange fordobler og halverer sin frekvens, som bestemmer dens farve. Mens Pockels mikrokam har en meget stærkere effekt, det er også meget svært at kontrollere.

En måde at få kontrol på er ved hjælp af en soliton, en ensom bølge, der bevæger sig konsekvent og uden at miste energi. Solitons kan forekomme i naturen, såsom i vand (de blev først observeret på en bro i Skotland af en skotsk ingeniør fra det 19. århundrede, der så en enkeltbølge rejse i miles). De forekommer også med lys, og - som fysikkens love lover - ville være afgørende for at kontrollere laserne skabt af Pockels mikrokam. Få en til at arbejde med en mikrokam, selvom, havde længe vist sig at være undvigende for forskere.

"Uden soliton, det er bare en flok lasere, der alle gør deres egne ting - det er som at prøve at samle katte, sagde Alex Bruch, hovedforfatter af undersøgelsen og en tidligere ph.d. studerende i Tangs laboratorium. Med soliton -tilstand, selvom, det er som et veltrænet hærkorps, der kan marchere på en ordnet måde og kombinere deres styrker sammen. "" Det er utroligt svært at lave ægte videnskab med en lyskilde, der tilfældigt ændrer sig på dig. Soliton er fantastisk, fordi den gør en dejlig, forudsigelig optisk puls, du kan bruge til næsten enhver applikation, du ønsker. Folk har troet, at dette skulle eksistere i lang tid, men det var meget svært at lave en eller observere en i et laboratorium. Den virkelig vigtige ting ved vores papir er, at det er første gang, vi kan få den soliton til at fungere. "

Tang -laboratoriet er den første til at lave en Pockels -soliton på en mikroskala, og en stor del af deres succes skyldes den lille skala, de arbejdede i. Typisk sådan en enhed fylder en lille skokasse. Men Tangs laboratorium har specialiseret sig i nanofotonik, hvor alt er krympet dramatisk. De bruger en mikrofabrikationsteknik, der giver dem mulighed for at skyde lyset mod chippen, og der genereres flere farver i en ring, der ikke er større end bredden af ​​et menneskehår.

"Vi kan styre alt rigtig pænt på en lille chip - temperaturen, geometrien - og det viser sig, at ved at skrumpe alt ned, du har også forbedret fysikken, fordi du tvinger alle disse bølger til at interagere med hinanden i et lille lille rum, "" Sagde Bruch.

Effekten var ikke kun stærkere, men det var også meget mere effektivt end at bruge den traditionelle Kerr -mikrokam. En Kerr-mikrokam opnår typisk en konverteringsrate på ca. 2-3%, mens deres Pockels mikrokam - ved første forsøg - opnåede 17%.

Bruch sagde, at de planlægger at bygge videre på denne forskning ved at finde måder at udvide båndbredden - det vil sige antallet af farver, der genereres fra laseren.