El nuevo láser electroóptico emite 30 mil millones de pulsos por segundo

• El nuevo láser electroóptico es 100 veces más rápido que la luz láser ultrarrápida convencional.
• El sistema es confiable y produce pulsos precisos y estables a 30 GHz.
• Se puede utilizar en imágenes biológicas / químicas y para implementar redes de comunicación más rápidas.

Los láseres ultrarrápidos generan una serie de pulsos de luz que duran hasta femtosegundos. Pueden funcionar como peines de frecuencia para proporcionar una referencia de frecuencia y tiempo que une los dominios de microondas y ópticos del espectro electromagnético.

Dado que la fase de estos pulsos se puede controlar, tiene una variedad de aplicaciones que van desde controlar los estados cuánticos de la materia hasta relojes atómicos ópticos. Aunque las capacidades de los láseres ultrarrápidos se han mejorado a lo largo de los años, necesitan una estabilidad integral del resonador de modo bloqueado.

Ahora, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han venido con un enfoque alternativo que genera una serie de pulsos ópticos sin bloqueo de modo. Lo llaman láser electroóptico que emite más 100 veces más rápido que el láser ultrarrápido tradicional. Básicamente, es la modulación electroóptica de un láser desarrollado con componentes electrónicos comunes.

¿En qué se diferencia de los láseres ultrarrápidos?

Aunque la idea de construir una electroóptica es bastante simple y la tecnología ha existido durante casi 50 años, los científicos no han podido cambiar la luz para emitir pulsos ultrarrápidos mientras se eliminan las interferencias electrónicas.

Por lo general, el método de bloqueo de modo implica hacer rebotar la luz hacia adelante y hacia atrás en una cavidad reflejada de tal manera que las ondas interfieren constructivamente entre sí para producir pulsos cortos. Sin embargo, la nueva técnica funciona con un mecanismo de fuerza más bruta:divide un rayo láser continuo en pulsos separados, lo que reduce la interferencia inducida por el calor.

A medida que las señales rebotan hacia adelante y hacia atrás dentro de la cavidad, aparecen ondas fijas en las frecuencias más altas, bloqueando todas las demás frecuencias. La estabilización y la filtración de la señal se realizan dentro de esta cavidad.

Más específicamente, utilizaron un láser infrarrojo (que emite onda continua) para generar pulsos con un oscilador estabilizado por una cavidad personalizada. Todos los pulsos son uniformes y pasan a través de una estructura de guía de ondas de microchip para producir diferentes colores en el peine de frecuencia.

Referencia:ScienceMag | doi:10.1126 / science.aat6451 | NIST

Un peine de frecuencia óptica se utiliza como fuente en la luz ultrarrápida tradicional. Dichos peines están construidos con láseres de modo bloqueado que crean pulsos de varios colores de ondas de luz que se superponen entre sí y forman enlaces entre las frecuencias ópticas y de microondas. El láser electroóptico, por otro lado, aplica vibraciones electrónicas en un láser infrarrojo, dando forma eficiente a los pulsos en la luz.

El láser electroóptico aísla la luz de frecuencias particulares para formar un peine de frecuencias de diferentes colores | David Carlson / NIST

Los láseres de modo bloqueado generan pulsos cada 10 nanosegundos, mientras que el láser electroóptico tarda solo 100 picosegundos en generar un pulso (100 veces más rápido).

Aplicaciones

Para construir el láser electroóptico, los investigadores optaron por utilizar únicamente instrumentos de telecomunicaciones y microondas disponibles comercialmente. Esto hace que el sistema sea más confiable. Además, su estabilidad y precisión son bastante decentes, lo que lo hace adecuado para sistemas de comunicación más rápidos y medición a largo plazo de redes de reloj óptico.

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Además, este tipo de láser se puede utilizar en imágenes biológicas y químicas para acelerar tipos específicos de imágenes de tejidos / sustancias químicas. Por ejemplo, las imágenes hiperespectrales que suelen tardar un minuto se pueden realizar en tiempo real.