El diamante es un material particularmente interesante para este tipo de láser por dos razones fundamentales. Su alta conductividad térmica significa que es posible fabricar láseres en miniatura que a la vez tienen alta estabilidad y alta potencia. La velocidad del sonido también es mucho mayor en comparación con otros materiales. Esto le da al láser una capacidad secundaria para sintetizar directamente frecuencias en la banda de ondas milimétricas de difícil acceso.

En un artículo publicado en Física Aplicada Letras Fotónica esta semana, los investigadores muestran que la interacción luz-sonido es particularmente fuerte en el diamante, y han demostrado el primer láser Brillouin de sobremesa que utiliza diamante.

Este resultado es un gran avance, ya que proporciona un enfoque muy práctico para los láseres Brillouin con un rango de rendimiento mucho mayor. A diferencia de los láseres Brillouin anteriores, la versión de diamante funcionaba sin tener que confinar las ondas ópticas o sonoras en una guía de ondas para mejorar la interacción. Esto significa que los láseres Brillouin se pueden escalar más fácilmente en tamaño y con una flexibilidad mucho mayor para controlar las propiedades del láser y aumentar la potencia.

Diamond proporciona una nueva forma de comenzar a explotar las propiedades únicas de los láseres Brillouin. Solo se deposita una cantidad muy pequeña de energía residual en el material portador del sonido. Esto conduce a una serie de características que incluyen la generación de haces con una frecuencia de salida estable y ultrapura, la generación de nuevas frecuencias, y potencialmente, láseres con una eficacia excepcionalmente alta.

Rich Mildren de la Universidad de Macquarie dice:"Este desarrollo proporciona un nuevo camino hacia láseres de alta potencia que son extremadamente eficientes y tienen propiedades de frecuencia exquisitas, como ruido de fase baja y ancho de línea estrecho. Estas son propiedades necesarias para aplicaciones que exigen los más altos estándares de ruido. propiedades de frecuencia libre, como la detección ultrasensible de ondas gravitacionales o la manipulación de grandes conjuntos de qubits en computadoras cuánticas ".

Otro resultado innovador es que el diamante puede sintetizar frecuencias muy puras más allá de la banda de microondas. Como consecuencia de la altísima velocidad del sonido en el diamante (18 km / s), la separación de frecuencia entre el rayo de la bomba de entrada y la línea láser es muchas veces mayor que en otros materiales. Esta propiedad se puede utilizar para generar frecuencias en la banda de ondas milimétricas (30-300 GHz) mediante una técnica llamada fotomezcla. La síntesis láser de Brillouin de estas frecuencias es importante porque existe un mecanismo intrínseco que reduce el ruido de frecuencia a los niveles que necesitan los sistemas de comunicación inalámbrica y de radar de próxima generación. Este ha sido un gran desafío para la electrónica u otros esquemas de generación basados ​​en fotones.

El trabajo hasta ahora ha cuantificado la fuerza de la interacción luz-sonido en el diamante, un parámetro fundamental para predecir el diseño y el rendimiento futuros. También demostró un dispositivo práctico con más de 10 W de potencia.

Dr. Zhenxu Bai, plomo Ph.D. estudiante en el proyecto, dice "Ahora podemos empezar a pensar en el diseño de los láseres Brillouin de una forma nueva, más que como un fenómeno limitado a pequeñas estructuras de ondas guiadas o como un efecto perjudicial en láseres de fibra ".

Los autores están concentrando su trabajo futuro en expandir el rango de capacidad láser mediante la demostración de láseres con los niveles más altos de pureza de frecuencia y potencia necesarios para respaldar el progreso futuro en la ciencia cuántica. comunicaciones inalámbricas y detección.