Ilustrace optického vlákna Kerr rezonátor, který výzkumníci z Rochesteru použili se spektrálním filtrem k vytvoření vysoce cvrlikavých laserových pulzů. Duhový vzor v popředí ukazuje, jak jsou barvy cvrlikání laserového pulsu odděleny v čase. Kredit: University of Rochester ilustrace / Michael Osadciw
Výzkumníci z University of Rochester popisují první vysoce cvrlikavé pulsy vytvořené pomocí spektrálního filtru v Kerrově rezonátoru.
Nobelovu cenu za fyziku za rok 2018 sdíleli vědci, kteří na Univerzitě v Rochesteru propagovali techniku vytváření ultrakrátkých, ale extrémně vysokoenergetických laserových pulzů.
Nyní výzkumníci z Institutu optiky univerzity vytvořili tytéž vysoce výkonné pulsy - známé jako cvrlikání - způsobem, který funguje i s relativně nekvalitním a levným zařízením. Nová práce by mohla připravit cestu pro:
- Lepší vysokokapacitní telekomunikační systémy
- Vylepšené astrofyzikální kalibrace používané k nalezení exoplanet
- Ještě přesnější atomové hodiny
- Přesná zařízení pro měření chemických kontaminantů v atmosféře
V novinách v Optica, výzkumníci popisují první ukázku vysoce cvrlikavých pulzů vytvořených pomocí spektrálního filtru v Kerrově rezonátoru – typu jednoduché optické dutiny, která funguje bez zesílení. Tyto dutiny vyvolaly široký zájem mezi výzkumníky, protože mohou podporovat „množství komplikovaného chování včetně užitečných širokopásmových záblesků světla,“ říká spoluautor William Renninger, odborný asistent optiky.
Přidáním spektrálního filtru mohou vědci manipulovat s laserovým pulsem v rezonátoru a rozšířit jeho vlnoplochu oddělením barev paprsku.
Nová metoda je výhodná, protože „jak rozšiřujete puls, snižujete špičku pulsu, a to znamená, že do něj můžete vložit více celkové energie, než dosáhne vysokého špičkového výkonu, který způsobuje problémy,“ říká Renninger.
Nová práce souvisí s přístupem používaným o Laureáti Nobelovy ceny Donna Strickland '89 (PhD) a Gerard Mourou, kteří pomohli zavést revoluci v používání laserové technologie, když při výzkumu v Univerzitní laboratoři pro laserovou energetiku propagovali cvrlikání pulzního zesílení.
Práce využívá způsobu, jakým se světlo rozptyluje při průchodu optickými dutinami. Většina dřívějších dutin vyžaduje vzácnou „anomální“ disperzi, což znamená, že modré světlo se šíří rychleji než červené.
Cvrlikání pulzů však žije v „normálních“ disperzních dutinách, ve kterých se červené světlo šíří rychleji. Rozptyl se nazývá „normální“, protože je to mnohem častější případ, který značně zvýší počet dutin, které mohou generovat pulsy.
Předchozí dutiny jsou také navrženy tak, aby měly méně než jedno procento ztráty, zatímco cvrlikání pulzů může v dutině přežít i přes velmi vysoké ztráty energie. „Ukazujeme cvrlikání pulzů, které zůstávají stabilní i při ztrátě více než 90 procent energie, což skutečně zpochybňuje konvenční moudrost,“ říká Renninger.
"S jednoduchým spektrálním filtrem jsme teď." použitím ztráta pro generování pulzů ve ztrátových a normálních disperzních systémech. Takže kromě zlepšeného energetického výkonu skutečně otevírá, jaké druhy systémů lze použít.“
Mezi další spolupracovníky patří hlavní autor Christopher Spiess, Qiang Yang a Xue Dong, všichni současní a bývalí postgraduální výzkumní asistenti v Renningerově laboratoři, a Victor Bucklew, bývalý postdoktorandský spolupracovník v laboratoři.
„Jsme na tento papír velmi hrdí,“ říká Renninger. "Už to dlouho trvalo."
Odkaz: „Cvrlikání disipativní solitony v řízených optických rezonátorech“ od Christophera Spiesse, Qian Yang, Xue Dong, Victora G. Bucklewa a Williama H. Renningera, 10. června 2021, Optica.
DOI: 10.1364/OPTICA.419771
Univerzita v Rochesteru a Národní institut biomedicínského zobrazování a bioinženýrství při National Institutes of Health podpořily tento projekt finančními prostředky.
