新しい電気光学レーザーは毎秒300億パルスを放出します

• 新しい電気光学レーザーは、従来の超高速レーザー光の100倍の速度です。
• システムは信頼性が高く、30GHzで正確で安定したパルスを生成します。
• 生物学的/化学的イメージングで使用でき、より高速な通信ネットワークを実装できます。

超高速レーザーは、最大フェムト秒続く一連の光パルスを生成します。それらは周波数コムとして機能し、電磁スペクトルのマイクロ波領域と光学領域を橋渡しする周波数と時間の基準を提供します。

これらのパルスの位相を制御できるため、物質の量子状態の操作から光原子時計に至るまで、さまざまな用途があります。超高速レーザーの機能は何年にもわたって強化されてきましたが、モードロック共振器の完全な安定性が必要です。

現在、米国国立標準技術研究所の研究者は、モードロックなしで一連の光パルスを生成する代替アプローチを採用しています。彼らはそれを従来の超高速レーザーよりも100倍速くプラスを放射する電気光学レーザーと呼んでいます。基本的に、これは一般的な電子機器で開発されたレーザーの電気光学変調です。

超高速レーザーとの違いは？

電気光学を構築するというアイデアは非常に単純であり、技術はほぼ50年前から存在していますが、科学者は電子干渉を排除しながら光を切り替えて超高速パルスを放出することができませんでした。

通常、モードロック方式では、波が互いに建設的に干渉して短いパルスを生成するように、ミラー化されたキャビティ内で光を前後にバウンスさせます。ただし、新しい手法は、よりブルートフォースメカニズムで機能します。つまり、連続的なレーザービームを別々のパルスに分割し、熱による干渉を減らします。

信号が空洞内で前後に跳ね返ると、固定波が最高周波数で現れ、他のすべての周波数をブロックします。信号の安定化とフィルタリングは、このキャビティ内で行われます。

具体的には、赤外線レーザー（連続波を放射）を使用して、カスタマイズされた空洞によって安定化された発振器でパルスを生成しました。すべてのパルスは均一であり、マイクロチップ導波管構造を通過して、周波数コムで異なる色を生成します。

参照：ScienceMag | doi：10.1126 / science.aat6451 | NIST

光周波数コムは、従来の超高速光の光源として使用されます。このようなコームは、モードロックレーザーで構築されており、いくつかの光波の色が互いに重なり合い、マイクロ波と光周波数の間にリンクを形成することでパルスを生成します。一方、電気光学レーザーは、赤外線レーザーに電子振動を加え、パルスを効率的に光に成形します。

電気光学レーザーは、特定の周波数の光を分離して、さまざまな色の周波数コムを形成します。デビッドカールソン/ NIST

モードロックレーザーは10ナノ秒ごとにパルスを生成しますが、電気光学レーザーは1つのパルスを生成するのに100ピコ秒しかかかりません（100倍高速）。

アプリケーション

電気光学レーザーを構築するために、研究者は市販のマイクロ波および電気通信機器のみを使用することを選択しました。これにより、システムの信頼性が高まります。また、その安定性と精度はかなり優れているため、より高速な通信システムや光クロックネットワークの長期測定に適しています。

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さらに、この種のレーザーは、生物学的および化学的イメージングで使用して、組織/化学物質の特定のタイプのイメージングを高速化できます。たとえば、通常1分かかるハイパースペクトルイメージングをリアルタイムで実行できます。