El láser electroóptico ultrarrápido del NIST se basa en esta "lata" de aluminio para estabilizar y filtrar las señales electrónicas, que rebotan hacia adelante y hacia atrás en el interior hasta que surgen ondas fijas en las frecuencias más fuertes y bloquean o filtran otras frecuencias. Crédito:D. Carlson / NIST
Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han utilizado componentes electrónicos comunes para construir un láser que pulsa 100 veces más a menudo que los láseres ultrarrápidos convencionales. El avance podría extender los beneficios de la ciencia ultrarrápida a nuevas aplicaciones como la obtención de imágenes de materiales biológicos en tiempo real.
La tecnología para fabricar láseres electroópticos existe desde hace cinco décadas, y la idea parece fascinantemente simple. Pero hasta ahora los investigadores no han podido cambiar la luz electrónicamente para producir pulsos ultrarrápidos y eliminar el ruido electrónico. o interferencia.
Como se describe en la edición del 28 de septiembre de Ciencias , Los científicos del NIST desarrollaron un método de filtrado para reducir la interferencia inducida por el calor que de otro modo arruinaría la consistencia de la luz sintetizada electrónicamente.
"Domamos la luz con una lata de aluminio, "Scott Papp, líder del proyecto, dijo:refiriéndose a la "cavidad" en la que se estabilizan y filtran las señales electrónicas. A medida que las señales rebotan de un lado a otro dentro de algo como una lata de refresco, Las ondas fijas emergen en las frecuencias más fuertes y bloquean o filtran otras frecuencias.
Ultrarrápido se refiere a eventos que duran desde picosegundos (billonésimas de segundo) hasta femtosegundos (cuadrillonésimas de segundo). Esto es más rápido que el régimen a nanoescala, introducido en el léxico cultural hace algunos años con el campo de la nanotecnología (los nanosegundos son mil millonésimas de segundo).
La fuente convencional de luz ultrarrápida es un peine de frecuencia óptica, una "regla" precisa para la luz. Los peines generalmente se fabrican con sofisticados láseres "de modo bloqueado", que forman pulsos de muchos colores diferentes de ondas de luz que se superponen, creando vínculos entre las frecuencias ópticas y de microondas. La interoperación de señales ópticas y de microondas impulsa los últimos avances en comunicaciones, cronometraje y sistemas de detección cuántica.
A diferencia de, El nuevo láser electroóptico del NIST impone vibraciones electrónicas de microondas en un láser de onda continua que opera a frecuencias ópticas, tallando pulsos con eficacia en la luz.
"En cualquier láser ultrarrápido, cada pulso dura, decir, 20 femtosegundos, ", dijo el autor principal, David Carlson." En láseres de modo bloqueado, los pulsos salen cada 10 nanosegundos. En nuestro láser electroóptico, los pulsos salen cada 100 picosegundos. Así que esa es la aceleración aquí:pulsos ultrarrápidos que llegan 100 veces más rápido o más ".
Gráfico que muestra cómo frecuencias específicas, o colores, de luz (picos nítidos) emergen del ruido de fondo electrónico (azul) en el láser electroóptico ultrarrápido del NIST. El fondo vertical muestra cómo estos colores se combinan para crear un peine de frecuencia óptica, o "regla" para la luz. Crédito:D. Carlson / NIST
"Las imágenes químicas y biológicas son un buen ejemplo de las aplicaciones de este tipo de láser, "Dijo Papp." El sondeo de muestras biológicas con pulsos ultrarrápidos proporciona información tanto de imagen como de composición química. Usando nuestra tecnología, este tipo de imágenes podría suceder dramáticamente más rápido. Entonces, Las imágenes hiperespectrales que actualmente toman un minuto podrían ocurrir en tiempo real ".
Para hacer el láser electroóptico, Los investigadores del NIST comienzan con un láser infrarrojo de onda continua y crean pulsos con un oscilador estabilizado por la cavidad, que proporciona el equivalente a una memoria para garantizar que todos los pulsos sean idénticos. El láser produce pulsos ópticos a una frecuencia de microondas, y cada pulso se dirige a través de una estructura de guía de ondas de microchip para generar muchos más colores en el peine de frecuencia.
El láser electroóptico ofrece una velocidad sin precedentes combinada con una precisión y estabilidad que son comparables a las de un láser de modo bloqueado. Dijo Papp. El láser se construyó utilizando componentes comerciales de microondas y telecomunicaciones, haciendo que el sistema sea muy confiable. La combinación de confiabilidad y precisión hace que los peines electroópticos sean atractivos para mediciones a largo plazo de redes de relojes ópticos o sistemas de comunicaciones o sensores en los que los datos deben adquirirse más rápido de lo que es posible actualmente.
