新しいレーザーアーキテクチャは、物質を制御するための洗練された構造を形成できます

• 研究者は、物質を調査および制御するためのユニバーサル光変調器という名前の新しいレーザーアーキテクチャを開発しています。
• これは、高出力を必要とするすべての主要なフォトニックアプリケーションのターニングポイントになる可能性があります。

レーザーは、材料の位置合わせ、プレゼンテーション中の物体の指摘など、いくつかの目的で使用されます。また、医師は美容および外科手術に使用します。日常生活で目にするものの多くは、バーコードスキャナー、光ディスクドライブ、光ファイバー、切断および溶接材料、娯楽用のレーザー照明ディスプレイなどのレーザー技術に基づいています。

レーザーには、さまざまな方法論を使用して物質を正確に駆動、制御、およびプローブするための驚くべき機能があります。それらは主にカーテンの後ろで機能しますが、レーザーは高度な科学技術のバックボーンです。 2018年、ノーベル物理学賞は、2つのレーザービームの間にナノ粒子をトラップする技術である革新的なレーザー技術である光ピンセットに授与されました。

最近、SLAC国立加速器研究所とスタンフォード大学の研究者は、物質を調査および制御するための新しいレーザーアーキテクチャを開発しました。彼らはそれをユニバーサル光変調器と呼んでいます。

レー​​ザーは洗練された構造を組み込むことができます

レーザーはコヒーレントに発光するため、強度と電磁分布の点で、他のどの光源よりもはるかに複雑な構造を具現化できます。たとえば、固有の3次元強度分布（光学ストレーナーまたはワッフルコーン）、または円筒形のベクトルビームを持つことができます。

これらの能力により、ユニバーサル光変調器は、フォトニクスの高度なアプリケーションのための新しい扉を開く可能性があります。現在、複雑な軽い構造を生成するために利用できる信頼できる方法は多くないため、そのような構造をプログラミングまたはエンジニアリングする能力を活用することは非常に困難です。

参照：The Optical Society

これは、プロジェクターで使用される空間光変調器などの外部機器によってのみ行われます。ただし、これらの機器にはピーク電力と平均電力の制限があり、大きな電力レベルを必要とするアプリケーションに手を伸ばすことなく、簡単に破裂する可能性があります。

新しいレーザーアーキテクチャは、任意の光構造を生成する能力に影響を与えることなく、この電力制限を回避します。研究者たちは、ビームをレーザーアーキテクチャ自体に組み込むための革新的な機能を開発しました。これは、光の構造と電力のスケーリングという2つの主要な要件を満たしています。

新しいレーザーアーキテクチャによるビーム成形|グレッグ・スチュワート/ SLAC

彼らは、これらのプログラム可能な光パルスを構築するために複合ビームレットを使用しました。これは、いくつかのハニカム状の短いビームレットでできたレーザービームと考えることができます。これらのビームレットはすべて互いにコヒーレントであるにもかかわらず、それぞれを独立して制御できます。

彼らは、州やそれぞれの関係などの情報を互いに「開示」することができます。すべてのビームレットが一緒に同期されている場合、それらは任意の構造を生成できます。

アプリケーション

ユニバーサル光変調器は、超短システム（フェムト秒のタイムスケールおよびさらに短いシステム）内で非常に価値があります。高度な構造の光を使用して技術的な取り組みを推進する方法について、まったく新しい考え方を生み出すことができます。これは、高出力、マイクロナノ加工、光トラッピング、光ファイバーテレコム、および超高速陽子科学を必要とするすべての主要なフォトニックアプリケーションのターニングポイントになる可能性があります。

研究は現在、これらの光源を利用して、光速で移動する電子ビームを制御しようとしています。これは、彼らが新しい種類のX線および電子源を作成し、X線および電子に光構造を刻印するのに役立ちます。

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また、彼らは多くの並行した取り組みを模索することを計画しています。最初に行うことは、より多くのビームレットを統合し、変調器をはるかに高い電力にアップグレードすることです。次に、非線形変換方法を使用してフェムト秒ビームレットを他の波長に変換する方法を検討します。これにより、ハイパースペクトル組成と自然な自己シンクロニシティ、またはマルチカラーの構造化光が生成されます。