Ein Hochleistungs-Ultraschnelllaser von der Größe einer Fingerspitze

Eine hohe LeistungUltrakurzpulslaserdie Größe einer Fingerspitze

Laut einem neuen Titelartikel in der Zeitschrift Science haben Forscher der City University of New York einen neuen Weg zur Schaffung von Hochleistungs-Ultrakurzpulslaserauf Nanophotonik. Diese miniaturisierte modengekoppelteLasersendet eine Reihe ultrakurzer kohärenter Lichtimpulse in Femtosekunden-Intervallen (Billionstel Sekunden) aus.

Ultraschnelle modengekoppelteLaserkönnen helfen, die Geheimnisse der schnellsten Zeitskalen der Natur zu entschlüsseln, beispielsweise die Bildung oder den Bruch molekularer Bindungen bei chemischen Reaktionen oder die Ausbreitung von Licht in turbulenten Medien. Die hohe Geschwindigkeit, die maximale Pulsintensität und das breite Spektrum modengekoppelter Laser ermöglichen zudem viele Photonentechnologien, darunter optische Atomuhren, biologische Bildgebung und Computer, die Licht zur Berechnung und Verarbeitung von Daten nutzen.

Die fortschrittlichsten modengekoppelten Laser sind jedoch nach wie vor extrem teure, energieintensive Desktop-Systeme, die nur im Labor eingesetzt werden können. Ziel der neuen Forschung ist es, daraus ein chipgroßes System zu entwickeln, das in Massenproduktion hergestellt und im Feld eingesetzt werden kann. Die Forscher nutzten eine neuartige Materialplattform aus Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN), um Laserpulse durch Anlegen externer elektrischer Hochfrequenzsignale effektiv zu formen und präzise zu steuern. Das Team kombinierte die hohe Laserverstärkung von Halbleitern der Klasse III-V mit den effizienten Pulsformungsmöglichkeiten nanoskaliger photonischer TFLN-Wellenleiter, um einen Laser mit einer hohen Spitzenleistung von 0,5 Watt zu entwickeln.

Neben seiner kompakten Größe von der Größe einer Fingerspitze weist der neu vorgestellte modengekoppelte Laser auch eine Reihe von Eigenschaften auf, die herkömmliche Laser nicht erreichen können, wie beispielsweise die Möglichkeit, die Wiederholungsrate des Ausgangsimpulses über einen weiten Bereich von 200 Megahertz durch einfaches Anpassen des Pumpstroms präzise einzustellen. Das Team hofft, durch die leistungsstarke Rekonfiguration des Lasers eine chipgroße, frequenzstabile Kammquelle zu entwickeln, die für präzise Sensorik entscheidend ist. Praktische Anwendungen umfassen die Verwendung von Mobiltelefonen zur Diagnose von Augenkrankheiten, die Analyse von E. coli und gefährlichen Viren in Lebensmitteln und der Umwelt sowie die Navigation, wenn GPS defekt oder nicht verfügbar ist.