Verwenden eines mikroskopischen Rings, um gepulstes Licht zu erzeugen

So spannend kann unser Küchenschwamm sein | Galileo | ProSieben (Juli 2019).

Anonim

Vom Schweizerischen Nationalfonds finanzierte Forscher haben ein Chip-basiertes Gerät entwickelt, das ein Lasersignal mit kammartig beabstandeten Frequenzen erzeugen kann. Ihre Arbeit könnte in Telekommunikationsanwendungen und in der chemischen Analyse verwendet werden.

Im Allgemeinen dehnen sich Licht- und Wasserwellen aus und verteilen sich, je weiter sie sich von ihrer Quelle entfernen. Es gibt jedoch eine Art von Welle, die ihre Form bei ihrer Ausbreitung beibehält: Solitonen.

Forscher des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) haben mit einem Mikroresonator erfolgreich optische Solitonen - formstabile Lichtwellen - produziert. Das Licht besteht aus einer Reihe von Frequenzen, die sehr genau um die gleiche Distanz getrennt sind. Das, was Physiker einen Frequenzkamm nennen, entsteht, da es dem regelmäßigen Abstand zwischen den Zähnen eines Kamms gleicht.

Ein neuer Rekord

Um die Solitonen zu erzeugen, haben Forscher der EPFL und des russischen Quantenzentrums in Moskau Mikroresonatoren eingesetzt. "Diese mikroskopisch kleinen ringförmigen Strukturen bestehen aus sehr feinem Siliziumnitrid", erklärt Tobias Kippenberg, Gruppenleiter der EPFL. "Sie sind in der Lage, das Licht des Lasers, an den sie gekoppelt sind, für einige Nanosekunden zu speichern. Diese Zeitspanne reicht aus, dass das Licht den Ring tausende Male umrundet und sich dort ansammelt, was die Intensität des Lichts stark erhöht. " Die Wechselwirkung zwischen dem Mikroresonator und dem Licht wird nichtlinear. Der Laser, der normalerweise von Natur aus kontinuierlich ist, wird in ultrakurze Pulse umgewandelt: Solitonen.

Durch die Anpassung der Parameter zur Herstellung von Mikroresonatoren gelang es den EPFL-Forschern zusätzlich, eine sogenannte Solitonen-Cherenkov-Strahlung zu erzeugen. Dies erweitert das Frequenzspektrum: Der Kamm enthält eine größere Anzahl von Zähnen. In Science veröffentlicht, haben die Ergebnisse einen neuen Rekord für diese Art von Struktur gesetzt. Die erzeugten Frequenzen erstrecken sich nun über zwei Drittel einer Oktave gegenüber der Frequenz des Lasers.

Patent angemeldet

"Diese Ergebnisse sind ein vielversprechender Fortschritt für Anwendungen, die viele weit auseinander liegende Frequenzen benötigen", sagt Kippenberg. Im Rahmen der optischen Kommunikation würde ein einziger Laser ausreichen, um eine Reihe individueller Frequenzen zu erzeugen, die getrennt Informationen übertragen könnten. Chemische Spektroskopie und Atomzeitmessung sind weitere mögliche Anwendungsgebiete. "Wir haben ein Patent angemeldet, da es Potenzial für weitere technologische Entwicklungen gibt", sagt Kippenberg.

Frequency Combs, eine Entdeckung von Theodor Hänsch und John Hall, die 2005 den Nobelpreis für Physik erhielt, werden in der Regel mit sehr großen Lasern erzeugt. "Die Möglichkeit, optische Frequenzkämme mit kleinen Chips herzustellen, ist ein interessanter Fortschritt, um sie benutzerfreundlicher zu machen", sagt Tobias Kippenberg.

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