Els físics de
l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) han utilitzat l'electrònica
comuna per construir un làser que manipula 100 vegades més sovint que els
làsers ultra-ràpids convencionals. L'avanç podria ampliar els beneficis per la
ciència ultra-ràpida a noves aplicacions, com la imatge de materials biològics
en temps real.
La tecnologia per a la
fabricació de làsers electro-òptics ha existit durant cinc dècades, i la idea
sembla senzilla. Però fins ara els investigadors no han pogut canviar
electrònicament la llum per crear polsos ultra-ràpids i així, eliminar el
soroll electrònic o la interferència.
Com es va descriure en
el número 28 de la revista Science ,
els científics del NIST van desenvolupar un mètode de filtratge per reduir la
interferència induïda per calor que, d'altra manera, debilitaria la
consistència de la llum sintetitzada electrònicament.
Ultra-ràpid, es
refereix a esdeveniments que duren picosegons (bilions de segon) a femtosegons
(quadril·limes de segon).
La font convencional de
llum ultra-ràpida és una guia de freqüència òptica, una "regla"
precisa per a la llum. Els pentagramas se solen fer amb làsers
"modulars" sofisticats, que formen polsos de molts colors diferents
d'ones de llum que se superposen, creant vincles entre les freqüències òptiques
i les de microones. La inter-operació dels senyals òptics i de les microones,
potencia els últims avenços en les comunicacions, el temps de cronometratge i
els sistemes de detecció quàntica.
Per contra, el nou
làser electro-òptic de NIST imposa vibracions electròniques a nivell de microones
en un làser d'ona contínua que funciona a freqüències òptiques, tallant efectivament
els polsos a la llum.
En qualsevol làser
ultra-ràpid, cada pols dura, per exemple, 20 femtosegons. En els làsers
bloquejats en mode, els polsos surten cada 10 nanosegons. En aquest làser
electro-òptic, els polsos surten cada 100 picosegons, de manera que aquesta és
la velocitat que permet ser unes 100 vegades més ràpid.
L’anterior gràfic, mostra
com freqüències específiques, o colors, de la llum (pics pronunciats) sorgeixen
del soroll de fons electrònic (blau) en el làser electro-òptic ultra-ràpid de
NIST. El fons vertical mostra com es combinen aquests colors per crear una guia
de freqüència òptica. Font: D. Carlson/NIST
La imatge química i
biològica és un bon exemple de les aplicacions per a aquest tipus de làser. La
presa de mostres biològiques amb polsos ultra-ràpids proporciona informació
tant per imatge com per caracterització química. Usant aquesta tecnologia, aquest tipus d'imatges pot passar
de manera espectacular, des de la imatge híper-espectral (que actualment triga) un minut a temps real.
Per fer el làser
electro-òptic, els investigadors del NIST van començar amb un làser d'ona
contínua infraroja i van crear polsos amb un oscil·lador estabilitzat per la
cavitat, que proporciona l'equivalent a una memòria per garantir que tots els
polsos siguin idèntics. El làser produeix polsos òptics a una velocitat de
microones, i cada pols es dirigeix a través d'una estructura d'ona de guia de
microxips per generar molts colors més en la guia de freqüència.
El làser electro-òptic
ofereix una velocitat sense precedents combinada amb la precisió i
l'estabilitat que són comparables a les d'un làser de bloqueig modular. El
làser es va construir amb components comercials de telecomunicacions i
microones, el que fa que el sistema sigui molt fiable. La combinació de
fiabilitat i precisió fan atractives les barres electro-òptiques per a
mesuraments a llarg termini de les xarxes de rellotges òptics, sistemes de
comunicacions o sensors en què les dades s'han d'adquirir més ràpidament del
que ara és possible.
