Ultrakorte laserblink efter behov:Kontrollerbare lysimpulspar fra en enkeltfiberlaser

I en innovativ tilgang til at kontrollere ultrakorte laserblink bruger forskere fra universiteterne i Bayreuth og Konstanz soliton-fysik og to pulskamme i en enkelt laser. Metoden har potentialet til drastisk at fremskynde og forenkle laserapplikationer.

Traditionelt indstilles laserens pulsafstand ved at opdele hver puls i to pulser og forsinke dem over forskellige, mekanisk indstillelige afstande. Alternativt bruges to laserkilder med lidt forskellige omløbsperioder ("dobbeltkamme") til at generere hurtige rejseforsinkelser fra superpositionen af ​​de to pulskamme.

Den rent optiske metode demonstreret af Prof Dr. Georg Herink, leder af gruppen "Experimental Physics VIII–Ultrafast Dynamics" ved University of Bayreuth og hans doktorand Julia A. Lang i samarbejde med Prof Dr. Alfred Leitenstorfer og Sarah R. Hutter fra universitetet i Konstanz er baseret på to pulskamme i en enkelt laser. Det muliggør ekstremt hurtige og fleksibelt justerbare pulssekvenser.

Samtidig kan dette implementeres i meget kompakte, glasfiberbaserede lyskilder. Ved midlertidigt at fusionere de to pulskamme uden for laseren opnår forskerne pulsmønstre, der kan indstilles med vilkårlige forsinkelser efter behov.

Forskerne bruger et trick:I stedet for den sædvanlige enkelte lysimpuls cirkulerer to impulser i laseren. "Der er lige nok tid mellem de to pulser til at påføre en enkelt 'forstyrrelse' ved hjælp af en hurtig optisk switch inde i laseren," forklarer Lang, førsteforfatter af undersøgelsen. "Ved at bruge laserfysik forårsager denne 'intracavity-modulation' en ændring i pulsernes hastighed og forskyder dermed de to pulser mod hinanden i tide."

Den glasfiberbaserede laserkilde er bygget af Hutter og Leitenstorfer fra University of Konstanz. Takket være en særlig målemetode i realtid kan forskerne i Bayreuth nu præcist observere, hvordan de korte lysimpulser – kendt som solitoner – bevæger sig, når ydre påvirkninger virker på dem. Denne spektrale interferometri i realtid tillader den præcise måling af afstanden mellem hvert par af pulser - mere end 10 millioner gange i sekundet.

"Vi viser, at vi ekstremt hurtigt kan justere timingen over et bredt område og opnå frit programmerbare bevægelsesformer," forklarer Herink. Forskningen præsenteret nu i Science Advances præsenterer en innovativ tilgang til styring af solitoner og åbner udover ny indsigt i soliton-fysik muligheder for særligt hurtige og effektive anvendelser af ultrakorte laserimpulser.

Flere oplysninger: Julia A. Lang et al., Controlling intracavity dual-comb soliton motion in a single-fiber laser, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2290

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Bayreuth University