211service.com
Donkere pulsen van Quantum-Dot Laser
Als u aan een laser denkt, stelt u zich waarschijnlijk een continue lichtstraal voor. Maar veel lasers zenden ongelooflijk intense en korte lichtpulsen uit - deze gepulseerde lasers worden gebruikt in medische en laboratoriumapparatuur en in industriële apparatuur. Nu hebben onderzoekers een nieuw type gepulseerde laser ontwikkeld die kwantumstippen gebruikt om uitbarstingen uit te zenden, niet van licht, maar van duisternis - een truc die nuttig zou kunnen zijn voor optische communicatie en snelle chemische analyse.
Weer aan, weer uit: De donkere pulslaser, die gebruikmaakt van kwantumstippen, wordt hier gezien als de dunne strook die aan draden is bevestigd.
De nieuwe donkere pulslaser is ontwikkeld door wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en het onderzoeksinstituut JILA in Boulder, CO. De NIST-laser zendt licht uit dat wordt onderbroken door extreem korte uitbarstingen van duisternis. Zie het als een continue golflaser, behalve met een echt snelle sluiter, zegt Richard Mirin , een wetenschapper bij NIST.
Deze sluiter creëert donkere pulsen die 90 picoseconden duren. Deze snelheid van werken zou wetenschappers kunnen helpen om ultrasnelle chemische en biologische reacties te onderzoeken. Een donkere pulslaser zou ook kunnen worden gebruikt in een vezeloptisch telecommunicatieschema waar informatie zou worden gecodeerd als donkere pulsen, die over het algemeen lange afstanden kunnen afleggen zonder kwaliteitsverlies.
De pulsen worden gegenereerd door quantum dots in een chip gemaakt van ultradunne lagen halfgeleidende materialen. Een periodieke intensiteitsdaling van ongeveer 70 procent wordt veroorzaakt door een mismatch in de snelheid waarmee de quantum dots en de omringende materialen interageren met de elektrische stroom en intern geproduceerde fotonen. Halfgeleiderlasers zijn al te vinden in telecommunicatiesystemen, dvd-spelers en laserpointers. Maar dit laserontwerp is anders omdat het gebruik maakt van kwantumstippen - atoomgrote structuren die licht uitstralen wanneer ze worden geëxciteerd - om donkere pulsen te produceren.
Mirin van NIST zegt dat de groep in eerste instantie een heldere pulslaser wilde maken met behulp van kwantumdots. Quantum dots kunnen worden gebruikt om lasers te maken met een breed scala aan kleuren. Het blijkt dat het ontdekkingsproces ons naar iets interessants heeft geleid met deze specifieke [quantum dot]-configuratie, zegt hij.
Dirk Englund , hoogleraar elektrotechniek en toegepaste fysica aan de Columbia University, zegt dat de donkere pulsen die door de wetenschappers van NIST en JILA worden gecreëerd, vergelijkbaar zijn met bekende quasi-deeltjes die donkere solitonen worden genoemd. Reguliere solitonen zijn lichtpulsen die door een speciaal optisch materiaal worden gestuurd waardoor ze zich niet verspreiden of energie verliezen over een afstand. Donkere solitonen zijn de afwezigheid van energie in een continue bundelachtergrond, zegt Englund.
Maar het is moeilijk om donkere solitonen te genereren, daarom wordt de techniek niet gebruikt in de telecommunicatie, zegt Mirin. De opstelling is omslachtig en soms wordt slechts een enkele donkere soliton geproduceerd. De nieuwe donkere pulslaser maakt het makkelijker om een soliton-achtig effect te creëren, zegt Mirin.
Hoewel het er niet naar uitziet dat deze donkere pulsen eigenlijk solitons zijn, zegt Englund, zijn ze vergelijkbaar en kunnen ze nuttig zijn in toepassingen voor communicatie en optische metingen.
Het is te vroeg om te beloven dat donkere pulsen een revolutie teweeg zullen brengen in de telecommunicatie, zegt Mirin. Omdat de huidige communicatiesystemen heldere lichtpulsen gebruiken, zijn optische vezels ontworpen om de hoeveelheid energie die verloren gaat als gevolg van dispersie te verminderen, wat betekent dat donkere pulsen niet effectief langs bestaande vezels kunnen reizen. Donkere pulslasers zouden hun eigen speciaal ontworpen type vezel nodig hebben. Toch is hij aangemoedigd dat de ontdekking van een compacte en betrouwbare bron van donkere pulsen nieuwe onderzoeksgebieden zou kunnen openen.