초당 300억 펄스를 방출하는 새로운 전기 광학 레이저

• 새로운 전기 광학 레이저는 기존의 초고속 레이저 광보다 100배 더 빠릅니다.
• 이 시스템은 신뢰할 수 있으며 30GHz에서 정확하고 안정적인 펄스를 생성합니다.
• 생물학적/화학적 이미징 및 더 빠른 통신 네트워크 구현에 사용할 수 있습니다.

초고속 레이저는 최대 펨토초까지 지속되는 일련의 광 펄스를 생성합니다. 그들은 주파수 빗으로 기능하여 전자기 스펙트럼의 마이크로파와 광학 영역을 연결하는 주파수 및 시간 기준을 제공할 수 있습니다.

이러한 펄스의 위상을 제어할 수 있기 때문에 물질의 양자 상태를 조정하는 것부터 광학 원자 시계에 이르기까지 다양한 응용 분야가 있습니다. 초고속 레이저의 기능은 수년에 걸쳐 향상되었지만 모드 잠금 공진기의 통합 안정성이 필요합니다.

이제 국립 표준 기술 연구소(National Institute of Standards and Technology)의 연구원들은 모드 잠금 없이 일련의 광 펄스를 생성하는 대안적인 접근 방식을 제시했습니다. 그들은 그것을 기존의 초고속 레이저보다 100배 더 빠르게 플러스를 방출하는 전기 광학 레이저라고 부릅니다. 기본적으로 일반적인 전자 장치로 개발된 레이저의 전기 광학 변조입니다.

초고속 레이저와 어떻게 다른가요?

전기 광학 장치를 만드는 아이디어는 매우 간단하고 기술이 거의 50년 동안 존재했지만 과학자들은 전자 간섭을 제거하면서 초고속 펄스를 방출하도록 빛을 전환할 수 없었습니다.

일반적으로 모드 잠금 방법은 파동이 서로 보강 간섭하여 짧은 펄스를 생성하는 방식으로 미러링된 공동에서 빛을 앞뒤로 반사시키는 것을 포함합니다. 그러나 새로운 기술은 보다 강력한 메커니즘에서 작동합니다. 연속 레이저 빔을 별도의 펄스로 조각하여 열로 인한 간섭을 줄입니다.

신호가 캐비티 내에서 앞뒤로 바운스되면 고정파가 가장 높은 주파수에서 나타나 다른 모든 주파수를 차단합니다. 신호 안정화 및 여과는 이 공동 내에서 수행됩니다.

더 구체적으로 말하면 적외선 레이저(연속파 방출)를 사용하여 맞춤형 공동으로 안정화된 발진기로 펄스를 생성했습니다. 모든 펄스는 균일하고 마이크로칩 도파관 구조를 통과하여 주파수 빗에서 다양한 색상을 생성합니다.

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

광 주파수 빗은 기존의 초고속 조명에서 광원으로 사용됩니다. 이러한 빗은 서로 겹치고 마이크로파와 광 주파수 사이의 링크를 형성하는 여러 광파 색상에서 펄스를 생성하는 모드 잠금 레이저로 제작됩니다. 반면에 전기 광학 레이저는 적외선 레이저에 전자 진동을 적용하여 펄스를 빛으로 효율적으로 형성합니다.

전자 광학 레이저는 특정 주파수의 빛을 분리하여 다양한 색상의 주파수 빗을 형성합니다. | 데이비드 칼슨/NIST

모드 고정 레이저는 10나노초마다 펄스를 생성하는 반면 전기 광학 레이저는 1개의 펄스를 생성하는 데 100피코초만 걸립니다(100배 더 빠름).

응용 프로그램

전기 광학 레이저를 구성하기 위해 연구자들은 상업적으로 이용 가능한 마이크로웨이브 및 통신 기기만을 사용하기로 결정했습니다. 이것은 시스템을 보다 안정적으로 만듭니다. 또한 안정성과 정확도가 꽤 높아서 보다 빠른 통신 시스템과 광 클럭 네트워크의 장기간 측정에 적합합니다.

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또한 이러한 종류의 레이저는 생물학적 및 화학적 이미징에 사용되어 조직/화학물질의 특정 유형의 이미징을 가속화할 수 있습니다. 예를 들어, 일반적으로 1분이 소요되는 초분광 이미징을 실시간으로 수행할 수 있습니다.