Físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) usaram eletrônicos comuns para construir um laser que pulsa 100 vezes mais do que os lasers ultrarrápidos convencionais. O avanço pode estender os benefícios da ciência ultrarrápida a novas aplicações, como a geração de imagens de materiais biológicos em tempo real.

A tecnologia para fazer lasers eletro-ópticos existe há cinco décadas, e a ideia parece extremamente simples. Mas, até agora, os pesquisadores não foram capazes de alternar eletronicamente a luz para fazer pulsos ultrarrápidos e eliminar o ruído eletrônico, ou interferência.

Conforme descrito na edição de 28 de setembro de Ciência , Os cientistas do NIST desenvolveram um método de filtragem para reduzir a interferência induzida pelo calor que, de outra forma, arruinaria a consistência da luz sintetizada eletronicamente.

“Nós domesticamos a luz com uma lata de alumínio, "o líder do projeto, Scott Papp, disse:referindo-se à "cavidade" na qual os sinais eletrônicos são estabilizados e filtrados. À medida que os sinais voltam e voltam dentro de algo como uma lata de refrigerante, ondas fixas emergem nas frequências mais fortes e bloqueiam ou filtram outras frequências.

Ultra-rápido refere-se a eventos que duram de picossegundos (trilionésimos de segundo) a femtossegundos (quatrilionésimos de segundo). Isso é mais rápido do que o regime em nanoescala, introduzido no léxico cultural há alguns anos com o campo da nanotecnologia (nanossegundos são bilionésimos de segundo).

A fonte convencional de luz ultrarrápida é um pente de frequência óptica, uma "régua" precisa para a luz. Os pentes são geralmente feitos com lasers sofisticados de "modo bloqueado", que formam pulsos de muitas cores diferentes de ondas de luz que se sobrepõem, criando ligações entre frequências ópticas e de micro-ondas. A interoperação de sinais ópticos e de micro-ondas alimenta os mais recentes avanços em comunicações, cronometragem e sistemas de detecção quântica.

Em contraste, O novo laser eletro-óptico do NIST impõe vibrações eletrônicas de micro-ondas em um laser de onda contínua operando em frequências ópticas, efetivamente esculpindo pulsos na luz.

"Em qualquer laser ultrarrápido, cada pulso dura, dizer, 20 femtossegundos, "disse o autor principal David Carlson." Em lasers de modo bloqueado, os pulsos saem a cada 10 nanossegundos. Em nosso laser eletro-óptico, os pulsos saem a cada 100 picossegundos. Então essa é a aceleração aqui - pulsos ultrarrápidos que chegam 100 vezes mais rápido ou mais. "

“A imagem química e biológica é um bom exemplo das aplicações desse tipo de laser, "Papp disse." A sondagem de amostras biológicas com pulsos ultrarrápidos fornece informações de imagem e composição química. Usando nossa tecnologia, esse tipo de imagem pode acontecer muito mais rápido. Então, imagens hiperespectrais que atualmente levam um minuto podem acontecer em tempo real. "

Para fazer o laser eletro-óptico, Os pesquisadores do NIST começam com um laser infravermelho de onda contínua e criam pulsos com um oscilador estabilizado pela cavidade, que fornece o equivalente a uma memória para garantir que todos os pulsos sejam idênticos. O laser produz pulsos ópticos a uma taxa de micro-ondas, e cada pulso é direcionado através de uma estrutura de guia de ondas de microchip para gerar muito mais cores no pente de frequência.

O laser eletro-óptico oferece velocidade sem precedentes combinada com precisão e estabilidade que são comparáveis ​​às de um laser de modo bloqueado, Papp disse. O laser foi construído usando telecomunicações comerciais e componentes de microondas, tornando o sistema muito confiável. A combinação de confiabilidade e precisão torna os pentes eletro-ópticos atraentes para medições de longo prazo de redes de relógios ópticos ou sistemas de comunicação ou sensores nos quais os dados precisam ser adquiridos mais rápido do que é atualmente possível.