Fysiker vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har använt gemensam elektronik för att bygga en laser som pulserar 100 gånger oftare än konventionella ultrasnabba lasrar. Framsteget skulle kunna förlänga fördelarna med ultrasnabb vetenskap till nya applikationer som avbildning av biologiska material i realtid.

Tekniken för att göra elektrooptiska lasrar har funnits i fem decennier, och idén verkar lockande enkel. Men hittills har forskare inte kunnat byta ljus elektroniskt för att göra ultrasnabba pulser och eliminera elektroniskt brus, eller störningar.

Som beskrivs i 28 september -numret av Vetenskap , NIST-forskare utvecklade en filtreringsmetod för att minska den värmeinducerade störningen som annars skulle förstöra konsistensen av elektroniskt syntetiserat ljus.

"Vi tämde ljuset med en aluminiumburk, "sa projektledaren Scott Papp, med hänvisning till "kaviteten" i vilken de elektroniska signalerna stabiliseras och filtreras. När signalerna studsar fram och tillbaka inuti något som en läskburk, fasta vågor dyker upp vid de starkaste frekvenserna och blockerar eller filtrerar bort andra frekvenser.

Ultrasnabbt hänvisar till händelser som varar picosekunder (biljondelar av en sekund) till femtosekunder (kvadriljondelar av en sekund). Detta är snabbare än nanoskaleregimen, introducerades för kulturlexikonet för några år sedan med området nanoteknik (nanosekunder är miljarder av en sekund).

Den konventionella källan för supersnabbt ljus är en optisk frekvenskam, en exakt "linjal" för ljus. Kammar är vanligtvis gjorda med sofistikerade "mode-låsta" lasrar, som bildar pulser från många olika färger av ljusvågor som överlappar varandra, skapa länkar mellan optiska och mikrovågsfrekvenser. Samverkan mellan optiska och mikrovågssignaler driver de senaste framstegen inom kommunikation, tidtagning och kvantavkänningssystem.

I kontrast, NIST:s nya elektrooptiska laser påför mikrovågs elektroniska vibrationer på en kontinuerlig våglaser som arbetar med optiska frekvenser, effektivt skär in pulser i ljuset.

"I vilken ultrasnabb laser som helst, varje puls varar i, säga, 20 femtosekunder, "sa huvudförfattaren David Carlson." I lägeslåsta lasrar, pulserna kommer ut var tionde nanosekund. I vår elektrooptiska laser, pulserna kommer ut var 100:e picosekund. Så det är hastigheten här - ultrasnabba pulser som kommer 100 gånger snabbare eller mer. "

"Kemisk och biologisk avbildning är ett bra exempel på applikationerna för denna typ av laser, "Papp sa." Att undersöka biologiska prover med ultrasnabba pulser ger både bildbehandling och kemisk sminkinformation. Med hjälp av vår teknik, denna typ av avbildning kan ske dramatiskt snabbare. Så, hyperspektral avbildning som för närvarande tar en minut kan hända i realtid. "

För att göra den elektrooptiska lasern, NIST-forskare börjar med en infraröd kontinuerlig våglaser och skapar pulser med en oscillator stabiliserad av hålrummet, som ger motsvarigheten till ett minne för att säkerställa att alla pulser är identiska. Lasern producerar optiska pulser med en mikrovågshastighet, och varje puls styrs genom en mikrochipvågledarkonstruktion för att generera många fler färger i frekvenskammen.

Den elektrooptiska lasern erbjuder oöverträffad hastighet i kombination med noggrannhet och stabilitet som är jämförbar med den för en lägeslåst laser, Sa Papp. Lasern konstruerades med kommersiella telekommunikations- och mikrovågskomponenter, vilket gör systemet mycket tillförlitligt. Kombinationen av tillförlitlighet och noggrannhet gör elektrooptiska kammar attraktiva för långsiktiga mätningar av optiska klocknät eller kommunikations- eller sensorsystem där data behöver inhämtas snabbare än vad som för närvarande är möjligt.