I en innovativ metod för att kontrollera ultrakorta laserblixtar använder forskare från universiteten i Bayreuth och Konstanz soliton-fysik och två pulskammar i en enda laser. Metoden har potential att drastiskt snabba upp och förenkla laserapplikationer.
Traditionellt sätts pulsavståndet för lasrar genom att dela upp varje puls i två pulser och fördröja dem över olika, mekaniskt inställbara avstånd. Alternativt används två laserkällor med något olika omloppsperioder ("dubbla kammar") för att generera snabba färdfördröjningar från superpositionen av de två pulskammarna.
Den rent optiska metoden demonstrerad av Prof Dr Georg Herink, chef för gruppen "Experimentell Fysik VIII–Ultrafast Dynamics" vid University of Bayreuth och hans doktorand Julia A. Lang i samarbete med Prof Dr Alfred Leitenstorfer och Sarah R. Hutter från universitetet i Konstanz är baserad på två pulskammar i en enda laser. Den möjliggör extremt snabba och flexibelt justerbara pulssekvenser.
Samtidigt kan detta implementeras i mycket kompakta, glasfiberbaserade ljuskällor. Genom att tillfälligt slå samman de två pulskamarna utanför lasern får forskarna pulsmönster som kan ställas in med godtyckliga fördröjningar efter behov.
Forskarna använder ett knep:Istället för den vanliga enstaka ljuspulsen cirkulerar två pulser i lasern. "Det är precis tillräckligt med tid mellan de två pulserna för att applicera en enda "störning" med hjälp av en snabb optisk switch inuti lasern, förklarar Lang, första författare till studien. "Med hjälp av laserfysik orsakar denna 'intracavity-modulation' en förändring i pulsernas hastighet och skiftar därmed de två pulserna mot varandra i tid."
Den glasfiberbaserade laserkällan byggdes av Hutter och Leitenstorfer från University of Konstanz. Tack vare en speciell mätmetod i realtid kan forskarna i Bayreuth nu exakt observera hur de korta ljuspulserna – så kallade solitoner – rör sig när yttre påverkan verkar på dem. Denna spektrala interferometri i realtid tillåter exakt mätning av avståndet mellan varje pulspar – mer än 10 miljoner gånger per sekund.
"Vi visar att vi kan justera timingen extremt snabbt över ett brett område och uppnå fritt programmerbara rörelseformer", förklarar Herink. Forskningen som nu presenteras i Science Advances presenterar ett innovativt tillvägagångssätt för att kontrollera solitoner och öppnar, förutom nya insikter i solitons fysik, möjligheter för särskilt snabba och effektiva tillämpningar av ultrakorta laserpulser.
Mer information: Julia A. Lang et al, Controlling intracavity dual-comb soliton motion in a single-fiber laser, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2290
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Bayreuth University
