Diamant är ett särskilt intressant material för denna typ av laser av två viktiga skäl. Dess höga värmeledningsförmåga innebär att det är möjligt att göra miniatyrlasrar som samtidigt har hög stabilitet och hög effekt. Ljudhastigheten är också mycket högre jämfört med andra material. Detta ger lasern en sekundär förmåga att direkt syntetisera frekvenser i det svåråtkomliga millimetervågbandet.

I en artikel publicerad i Tillämpad fysik Letters Photonics Denna vecka, forskarna visar att ljus-ljud-interaktionen är särskilt stark i diamant, och har demonstrerat den första bänkbrillouinlasern som använder diamant.

Detta resultat är ett genombrott eftersom det ger ett mycket praktiskt tillvägagångssätt för Brillouin -lasrar med ett kraftigt ökat prestandaområde. Till skillnad från tidigare Brillouin -lasrar, diamantversionen fungerade utan att behöva begränsa de optiska eller ljudvågorna i en vågledare för att förbättra interaktionen. Detta innebär att Brillouin -lasrar lättare kan skalas i storlek och med mycket större flexibilitet för att kontrollera laseregenskaperna och öka effekten.

Diamond ger ett nytt sätt att börja utnyttja Brillouin -lasers unika egenskaper. Endast en mycket liten mängd avfallsenergi avsätts i det ljudbärande materialet. Detta leder till en mängd funktioner, inklusive strålgenerering med extremt ren och stabil utgångsfrekvens, generering av nya frekvenser, och eventuellt, lasrar med exceptionellt hög effektivitet.

Macquarie University's Rich Mildren säger "Denna utveckling ger en ny väg mot högeffektiva lasrar som är extremt effektiva och har utsökta frekvensegenskaper som lågfasbrus och smal linjebredd. Dessa är egenskaper som behövs för applikationer som kräver de högsta standarderna för buller- fria frekvensegenskaper, som ultrakänslig detektion av gravitationella vågor eller manipulering av stora matriser med qubits i kvantdatorer. "

Ett annat banbrytande resultat är att diamanten kan syntetisera mycket rena frekvenser bortom mikrovågsbandet. Som en konsekvens av den mycket höga ljudhastigheten i diamant - en sträckande 18 km/s - är frekvensavståndet mellan ingångspumpstrålen och laserlinjen många gånger högre än i andra material. Denna egenskap kan användas för att generera frekvenser i millimetervågsbandet (30-300 GHz) med hjälp av en teknik som kallas fotomixning. Brillouin lasersyntes av dessa frekvenser är viktigt eftersom det finns en inneboende mekanism som reducerar frekvensbruset till de nivåer som krävs av nästa generations radar och trådlösa kommunikationssystem. Detta har varit en stor utmaning för elektronik eller andra fotonbaserade generationsscheman.

Arbetet har hittills kvantifierat styrkan hos ljus-ljud-interaktionen i diamant, en grundläggande parameter för att förutsäga framtida design och prestanda. Det visade också en praktisk enhet med över 10 W effekt.

Dr Zhenxu Bai, ledande doktorsexamen student på projektet, säger "Vi kan nu börja tänka på utformningen av Brillouin -lasrar på ett nytt sätt, snarare än som ett fenomen begränsat till små guidade vågstrukturer eller som en skadlig effekt i fiberlasrar. "

Författarna koncentrerar sitt framtida arbete på att utöka sortimentet av laserkapacitet genom att demonstrera lasrar med högre nivåer av frekvensrenhet och effekt som behövs för att stödja framtida framsteg inom kvantvetenskap, trådlös kommunikation och avkänning.