Ein ultraschneller Hochleistungslaser von der Größe einer Fingerspitze

Eine hohe Leistungultraschneller Laserso groß wie eine Fingerspitze

Laut einem neuen Titelartikel in der Fachzeitschrift Science haben Forscher der City University of New York eine neue Methode zur Herstellung von Hochleistungs-… demonstriert.ultraschnelle Laserauf Nanophotonik. Dieser miniaturisierte Moden-gekoppelteLaseremittiert eine Reihe ultrakurzer, kohärenter Lichtimpulse in Femtosekunden-Intervallen (Billionstel einer Sekunde).

Ultraschneller Modus mit SperreLaserSie können dazu beitragen, die Geheimnisse der schnellsten Zeitabläufe in der Natur zu entschlüsseln, wie etwa die Bildung oder das Brechen von Molekülbindungen bei chemischen Reaktionen oder die Ausbreitung von Licht in turbulenten Medien. Die hohe Geschwindigkeit, die maximale Pulsintensität und die breite Spektralabdeckung von modengekoppelten Lasern ermöglichen zudem zahlreiche Photonentechnologien, darunter optische Atomuhren, biologische Bildgebung und Computer, die Licht zur Berechnung und Datenverarbeitung nutzen.

Die modernsten modengekoppelten Laser sind jedoch nach wie vor extrem teure und energieintensive Desktop-Systeme, die auf den Laboreinsatz beschränkt sind. Ziel der neuen Forschung ist es, daraus ein chipgroßes System zu entwickeln, das in Serie gefertigt und im Feld eingesetzt werden kann. Die Forscher nutzten eine neuartige Materialplattform aus Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN), um Laserpulse durch Anlegen externer Hochfrequenzsignale effektiv zu formen und präzise zu steuern. Das Team kombinierte die hohe Laserverstärkung von III-V-Halbleitern mit den effizienten Pulsformungseigenschaften von TFLN-Nanostruktur-Photonenwellenleitern und entwickelte so einen Laser mit einer hohen Spitzenleistung von 0,5 Watt.

Der neu vorgestellte modengekoppelte Laser ist nicht nur extrem kompakt – er ist etwa so groß wie eine Fingerspitze –, sondern weist auch eine Reihe von Eigenschaften auf, die herkömmliche Laser nicht erreichen. So lässt sich beispielsweise die Wiederholrate des Ausgangspulses über einen weiten Bereich von 200 Megahertz präzise durch die Anpassung des Pumpstroms einstellen. Das Team hofft, durch die leistungsstarke Rekonfiguration des Lasers eine frequenzstabile Kammquelle im Chipmaßstab zu realisieren, was für die Präzisionssensorik entscheidend ist. Zu den praktischen Anwendungen zählen der Einsatz von Mobiltelefonen zur Diagnose von Augenkrankheiten, zur Analyse von E. coli und gefährlichen Viren in Lebensmitteln und der Umwelt sowie die Navigation bei GPS-Ausfall oder -Nichtverfügbarkeit.