O diamante é um material particularmente interessante para este tipo de laser por duas razões principais. Sua alta condutividade térmica significa que é possível fazer lasers em miniatura que apresentam simultaneamente alta estabilidade e alta potência. A velocidade do som também é muito maior em comparação com outros materiais. Isso dá ao laser uma capacidade secundária de sintetizar diretamente as frequências na banda de ondas milimétricas de difícil alcance.

Em um artigo publicado em Letras de Física Aplicada Fotônica esta semana, os pesquisadores mostram que a interação luz-som é particularmente forte no diamante, e demonstraram o primeiro laser Brillouin de bancada que usa diamante.

Este resultado é um avanço, pois fornece uma abordagem altamente prática para lasers Brillouin com uma faixa de desempenho muito maior. Em contraste com os lasers Brillouin anteriores, a versão de diamante operava sem ter que confinar as ondas ópticas ou sonoras em um guia de ondas para melhorar a interação. Isso significa que os lasers Brillouin podem ser dimensionados com mais facilidade em tamanho e com muito mais flexibilidade para controlar as propriedades do laser, bem como aumentar a potência.

O diamante oferece uma nova maneira de começar a explorar as propriedades exclusivas dos lasers Brillouin. Apenas uma pequena quantidade de energia residual é depositada no material portador de som. Isso leva a uma série de recursos, incluindo geração de feixe com frequência de saída ultra-pura e estável, a geração de novas frequências, e potencialmente, lasers com eficiência excepcionalmente alta.

Rich Mildren, da Macquarie University, afirma:"Este desenvolvimento oferece um novo caminho para lasers de alta potência extremamente eficientes e com excelentes propriedades de frequência, como ruído de fase baixa e largura de linha estreita. Essas são propriedades necessárias para aplicações que exigem os mais altos padrões de ruído. propriedades de frequência livre, como a detecção ultrassensível de ondas gravitacionais ou a manipulação de grandes matrizes de qubits em computadores quânticos. "

Outro resultado inovador é que o diamante pode sintetizar frequências muito puras além da faixa de microondas. Como consequência da altíssima velocidade do som no diamante - uma velocidade impressionante de 18 km / s - o espaçamento de frequência entre o feixe da bomba de entrada e a linha do laser é muitas vezes maior do que em outros materiais. Essa propriedade pode ser usada para gerar frequências na banda de ondas milimétricas (30-300 GHz) usando uma técnica chamada de foto-mixagem. A síntese dessas frequências por laser Brillouin é importante porque existe um mecanismo intrínseco que reduz o ruído de frequência aos níveis necessários para o radar de próxima geração e sistemas de comunicação sem fio. Este tem sido um grande desafio para a eletrônica ou outros esquemas de geração baseados em fotônica.

O trabalho até agora quantificou a força da interação luz-som no diamante, um parâmetro fundamental para prever design e desempenho futuros. Ele também demonstrou um dispositivo prático com mais de 10 W de potência.

Dr. Zhenxu Bai, levar Ph.D. aluno do projeto, diz "Agora podemos começar a pensar sobre o design dos lasers Brillouin de uma nova maneira, em vez de um fenômeno limitado a pequenas estruturas de ondas guiadas ou um efeito prejudicial em lasers de fibra. "

Os autores estão concentrando seu trabalho futuro na expansão da gama de capacidade do laser, demonstrando lasers com os níveis mais elevados de pureza de frequência e potência necessária para apoiar o progresso futuro na ciência quântica, comunicações sem fio e detecção.