Láser electro-óptico revolucionario entrega tasa de pulsos de 30 GHz para imagen y comunicaciones ultra-rápidas

• Nuevo láser electro-óptico es 100 veces más rápido que el láser ultarrápido convencional.
• El sistema es fiable y produce pulsos precisos y estables a 30 GHz.
• Puede usarse en imagen biológica/química y para implementar redes de comunicaciones más rápidas.

Los láseres ultarrápidos 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 puede controlarse, tiene una variedad de aplicaciones que van desde el control de estados cuánticos de la materia hasta relojes atómicos ópticos. Aunque las capacidades de los láseres ultarrápidos han mejorado con los años, necesitan una estabilidad integral del resonador bloqueado en modo.

Ahora, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han presentado un enfoque alternativo que genera una serie de pulsos ópticos sin bloqueo de modo. Lo llaman láser electro-óptico que emite pulsos 100 veces más rápido que el láser ultarrápido tradicional. Básicamente, es una modulación electro-óptica de un láser desarrollada con electrónica común.

¿En qué se diferencia de los láseres ultarrápidos?

Aunque la idea de construir un láser electro-óptico es bastante simple y la tecnología existe desde hace casi 50 años, los científicos no habían logrado conmutar la luz para emitir pulsos ultarrápidos eliminando la interferencia electrónica.

Normalmente, el método de bloqueo de modo implica hacer rebotar la luz de ida y vuelta en una cavidad con espejos de manera que las ondas interfieran constructivamente entre sí para producir pulsos cortos. Sin embargo, la nueva técnica funciona con un mecanismo más de fuerza bruta: talla un haz láser continuo en pulsos separados, reduciendo la interferencia inducida por calor.

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

Más concretamente, usaron 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 onda en microchip para producir diferentes colores en el peine de frecuencia.

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

Un peine de frecuencia óptica se usa como fuente en la luz ultarrápida tradicional. Estos peines se construyen con láseres de bloqueo de modo que crean pulsos a partir de varias ondas de luz de colores que se superponen y forman enlaces entre frecuencias de microondas y ópticas. El láser electro-óptico, en cambio, aplica vibraciones electrónicas a un láser infrarrojo, moldeando eficientemente los pulsos en la luz.

El láser electro-óptico aísla luz de frecuencias particulares para formar un peine de frecuencia de diferentes colores | David Carlson/NIST

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

Aplicaciones

Para construir el láser electro-óptico, los investigadores optaron por usar solo instrumentos de microondas y telecomunicaciones disponibles comercialmente. Esto hace que el sistema sea más fiable. Además, su estabilidad y precisión son bastante decentes, lo que lo hace adecuado para sistemas de comunicación más rápidos y mediciones a largo plazo de redes de relojes ópticos.

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Además, este tipo de láser puede usarse en imagen biológica y química para acelerar tipos específicos de imagen de tejidos/químicos. Por ejemplo, la imagen hiperspectral que normalmente tarda un minuto podría realizarse en tiempo real.