211service.com
Dark Pulses från Quantum-Dot Laser
När du tänker på en laser föreställer du dig förmodligen en kontinuerlig ljusstråle. Men många lasrar sänder ut otroligt intensiva och korta ljuspulser – dessa pulsade lasrar används i medicinska och laboratorietekniska apparater och i industriell utrustning. Nu har forskare utvecklat en ny typ av pulsad laser som använder kvantprickar för att avge skurar inte av ljus, utan av mörker – ett trick som kan visa sig användbart för optisk kommunikation och snabb kemisk analys.
På igen, av igen: Den mörka pulslasern, som använder kvantprickar, ses här som den tunna remsan fäst vid ledningar.
Den nya mörkpulslasern utvecklades av forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och forskningsinstitutet JILA i Boulder, CO. NIST-lasern avger ljus med extremt korta mörker. Tänk på det som en kontinuerlig våglaser, förutom med en riktigt snabb slutare, säger Richard Mirin , en forskare vid NIST.
Denna slutare skapar mörka pulser som varar i 90 pikosekunder. Denna hastighet kan hjälpa forskare att undersöka ultrasnabba kemiska och biologiska reaktioner. En mörkpulslaser skulle också kunna användas i ett fiberoptiskt telekommunikationssystem där information skulle kodas som mörka pulser, som tenderar att kunna resa långa sträckor utan att försämra kvaliteten.
Pulserna genereras av kvantprickar inuti ett chip tillverkat av ultratunna lager av halvledande material. Ett periodiskt fall i intensitet på cirka 70 procent orsakas av en oöverensstämmelse i hastigheten med vilken kvantprickarna och de omgivande materialen interagerar med den elektriska strömmen och internt producerade fotoner. Halvledarlasrar finns redan i telekommunikationssystem, DVD-spelare och laserpekare. Men den här laserdesignen är annorlunda genom att den använder kvantprickar - strukturer i atomstorlek som avger ljus när de exciteras - för att producera mörka pulser.
NIST:s Mirin säger att gruppen från början ville göra en ljus pulslaser med hjälp av kvantprickar. Kvantprickar kan användas för att göra lasrar som har ett brett spektrum av färger. Det visar sig att upptäcktsprocessen ledde oss till något intressant med just denna [quantum dot]-konfiguration, säger han.
Dirk Englund , professor i elektroteknik och tillämpad fysik vid Columbia University, säger att de mörka pulserna som skapats av forskarna vid NIST och JILA liknar välkända kvasipartiklar som kallas mörka solitoner. Vanliga solitoner är ljuspulser som passerar genom ett speciellt optiskt material som hindrar dem från att spridas eller förlora energi över ett avstånd. Mörka solitoner är frånvaron av energi i en kontinuerlig strålebakgrund, säger Englund.
Men det är svårt att generera mörka solitoner, varför tekniken inte har använts inom telekommunikation, säger Mirin. Upplägget är besvärligt, och ibland produceras bara en enda mörk soliton. Den nya mörkpulslasern gör det lättare att producera en solitonliknande effekt, säger Mirin.
Även om det inte verkar som om dessa mörka pulser faktiskt är solitoner, säger Englund, är de lika och kan visa sig användbara i kommunikations- och optiska mätningsapplikationer.
Det är för tidigt att lova att mörka pulser kommer att revolutionera telekommunikationen, säger Mirin. Eftersom dagens kommunikationssystem använder ljusa pulser av ljus, har optiska fibrer konstruerats för att minska mängden energi som går förlorad på grund av spridning, vilket innebär att mörka pulser inte kunde färdas effektivt längs befintlig fiber. Mörka pulslasrar skulle behöva sin egen specialtillverkade typ av fiber. Ändå uppmuntras han att upptäckten av en kompakt och pålitlig källa för mörka pulser kan öppna upp nya forskningsområden.