Den första kraftfulla, slumpmässigt polariserad laserstråle med en "Q switch"-laser. Optiska pulser styrdes av elektriska signaler. Kredit:(c) Toyohashi University of Technology.
Ett internationellt team av forskare har producerat den första kraftfulla, slumpmässigt polariserad laserstråle med en "Q switch" laser, som vanligtvis avger ljuspulser så korta att de mäts i nanosekunder. Lasrar är en kritisk del av modern teknik – de används i allt från våra bilar till medicinsk utrustning till satelliterna som kretsar runt jorden. Nu, forskare breddar de potentiella tillämpningarna för ännu mindre och kraftfullare lasrar.
Forskarna publicerade sina resultat i Vetenskapliga rapporter .
"De experimentella bevisen som tillhandahålls i denna studie främjar detta forskningsfält mot förverkligandet av aktivt kontrollerbara integrerade mikrolasrar, " skrev Taichi Goto, andra författare till uppsatsen och en biträdande professor vid avdelningen för elektrisk och elektronisk informationsteknik vid Toyohashi University of Technology i Japan.
Andra bidragsgivare är forskare från Institutet för molekylär vetenskap vid Laser Research Center i Japan och Electrical and Computer Engineering Department vid Iowa State University i USA.
Q-switchlasrar används i en mängd olika applikationer, inklusive vid kirurgiska ingrepp, och kan ge mer exakta resultat med mindre skador än traditionella verktyg. Lasrarna kräver integrering av aktivt och passivt ansvar för maximal effektivitet.
Erhållen optisk puls. Toppeffekten var cirka 1 kW. Pulsbredden var 25 ns. Kredit:(c) Toyohashi University of Technology.
"Det finns två fördelar med att aktivt kontrollera integrerade mikrolasrar, " sa Goto. "Storleken är liten, och massproduktionsteknik kan användas. Priset på en bit Q-switchlaser kan sänkas genom integrationen."
En teknik som kallas Q-omkoppling producerar korta men kraftfulla pulsutgångar. Som i andra lasrar, en elektrisk ström exciterar elektroner i ett lasermedium - i det här fallet, det är en kristall som används i halvledarlasrar – och avger den resulterande energin som förstärkt ljus. Ljuset kan polariseras i en eller annan riktning, men det är nästan omöjligt att ändra det slumpmässigt polariserade ljuset i en liten Q-switchlaser.
Goto och hans team använde Q-växling, tillsammans med en laser en tiondel av storleken på ett amerikanskt öre, att producera en laserstråle tio gånger kraftigare än vad som tidigare rapporterats med en större laser.
Tillsammans med förändringen av laserstorlek, forskarna justerade också det magnetiska material genom vilket ljuset färdas och förstärks till en kraftigare puls. Med tillägg av en neodym-yttrium-aluminium-granat, Goto skulle kunna använda magneto-optik för att bättre kontrollera hur ljuset rör sig i laserkaviteten.
För första gången, det slumpmässigt polariserade (opolariserade) ljuset genererades med hjälp av en magneto-optisk Q-switchad laser i detta arbete, öppna ett nytt applikationsområde. Kredit:(c) Toyohashi University of Technology.
De korta pulserna gör det möjligt för forskarna att ändra polariseringen av lasern genom manipulering av fotonerna som utgör ljuset. Istället för ett konstant ljus, varje puls kan växlas. Laserstorleken betyder att energin slår ut, istället för att skingras när den färdas in i systemet.
Forskarna planerar att öka toppeffekten i deras system, enligt Goto. De planerar också att använda systemet som en integrerad mikrolaser för ytterligare testning.
