University of Rochester forskare sätter en ny standard när det gäller att producera ultrasnabba laserpulser över ett bredare våglängdsområde än traditionella laserkällor.

I arbete publicerat i Fysiska granskningsbrev , William Renninger, en biträdande professor i optik, tillsammans med medlemmar av hans labb, beskriv en ny enhet, kallad "sträckt puls soliton Kerr resonator, " som förbättrar prestandan hos ultrasnabba laserpulser. Arbetet har viktiga konsekvenser för en rad tekniska och biomedicinska tillämpningar, inklusive spektroskopi, frekvenssyntes, avståndsintervall, pulsgenerering, och andra.

Enheten skapar en ultrasnabb laserpuls — i storleksordningen femtosekunder, eller en kvadrilliondels sekund – som är befriad från de fysiska gränserna som är endemiska för källor till laserljus – vad laserforskare kallar laserförstärkning – och gränserna för källornas våglängder.

"Enkelt uttryckt, detta är den kortaste pulsen någonsin från en förstärkningsfri fiberkälla, säger Renninger.

Renninger och hans team av doktorander och postdoktorer förbättrade Kerr-resonatorerna, ett spännande nytt alternativ för att generera femtosekundlaserpulser som har varit föremål för omfattande forskning.

Labbet övervann en utmaning för pulslängden i andra versioner av Kerr-resonatorer genom att upptäcka en ny soliton - en kort skur eller lokaliserad envelopp av en våg - som bibehåller sin form samtidigt som den fortplantar sig med en konstant hastighet. Solitonerna som genereras i Renningers enhet skiljer sig från solitonerna i andra Kerr-resonatorer, specifikt i formen och beteendet hos de sträckpulser de skapar.

"Det är stabilt i den meningen att det upprepar samma sak om och om igen, blir längre, sedan kortare, längre än kortare, säger Renninger.

Pulserna "har en bred spektral bandbredd och en komprimerad pulslängd på 210 femtosekunder, vilket är den kortaste pulslängden som hittills observerats från fiber Kerr-resonatorer, " konstaterar forskarna i tidningen.

Huvudförfattaren Xue Dong är doktorand i Renninger-labbet. Förutom Renninger, andra medförfattare är Qian Yang och Christopher Spiess, även utexaminerade forskare i labbet, och Victor Bucklew, en tidigare postdoktor i labbet.

Studien finansierades delvis av universitetets teknikutvecklingsfond, ett universitetsforskningspris, och av National Institutes of Health. Ett patent är under behandling. Intresserade kan kontakta Curtis Broadbent, licensansvarig på URVentures, om licensiering av tekniken.

Gör ultrasnabba lasrar mer tillgängliga

Renninger, en expert på att skapa källor för femtosekundlasrar, fick sin BS och Ph.D. examina i tillämpad fysik från Cornell University. Innan han började på Institute of Optics, han var postdoktor och biträdande forskare vid Institutionen för tillämpad fysik vid Yale University.

Han fick nyligen National Science Foundation CAREER-pris, vilket inkluderar finansiering för att skapa tillgång till information med öppen källkod för att designa och skapa avancerade laserkällor som genererar femtosekundspulser.

"Det finns nu kommersiella produkter, men de är väldigt dyra. De är oöverkomliga för många forskargrupper med begränsade budgetar för utrustning, säger Renninger.

Mycket av kostnaden är för expertis, inte komponenter, så hans grupp kommer att använda en del av CAREER-finansieringen för att tillhandahålla rådgivning till forskargrupper vid mindre universitet om hur man designar och bygger femtosekundlasrar för grundforskning.

"Det slutliga målet är att ha en designguide publicerad på vår webbplats för alla, " säger Renninger.