Лазерный квадрат: двойка

Особенность от 17 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Тамараси Джевандара, Phys.org

Лазеры — важное историческое изобретение, оказавшее повсеместное влияние на общество. Эта концепция также имеет междисциплинарное применение, например, в фононных и атомных лазерах. Лазер в одной физической области может накачиваться энергией в другой. Тем не менее, все лазеры, продемонстрированные на практике, до сих пор работали только в одной физической области.

В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances, Нин Ван и исследовательская группа из Колледжа оптики и фотоники Университета Центральной Флориды, США, и группа Prysmian во Франции продемонстрировали одновременный процесс генерации фотонов и фононов. Двухдоменный лазер имеет множество применений в качестве оптического и акустического пинцета для проведения механического зондирования, генерации микроволн и выполнения квантовой обработки. Команда ожидает, что эта демонстрация откроет новые пути для многодоменных лазерных приложений.

Лазеры являются продолжением электронных генераторов на радиочастотах и ​​мазеров на микрочастотах в оптической области. Лазеры имеют огромное применение благодаря новым расширениям этой концепции в таких областях, как акустические генераторы, также известные как сазеры, и генераторы на атомных или материальных волнах. Концепция лазера традиционно описывает оптический генератор, основанный на вынужденном излучении, хотя термины «фононный лазер» и «лазер атома/материи» также довольно распространены.

Есть несколько приложений, в которых процесс одновременной генерации фотонов и фононов может быть полезен. К ним относится разработка акустических пинцетов субмиллиметрового масштаба. Комбинированная ультразвуковая и фотонная биологическая визуализация для улучшения качества изображения, а двухдоменные лазеры имеют возможности для обработки и восприятия квантовой информации. Существующие демонстрации показали, что оптическая акустическая волна Стокса является побочным продуктом фононного лазера. В этой работе Ван и его коллеги разработали систему связанных генераторов, которые работали в двух разных физических доменах с накачкой из одного и того же источника, чтобы показать, как одновременная двухдоменная генерация фотонов и фононов увеличивает выходную мощность как фотонных, так и фононных лазеров.

Команда сгенерировала низкочастотную изгибную акустическую волну, используя прямое вынужденное рассеяние Бриллюэна; взаимодействие фотонов и фононов внутри двухмодового волокна. Низкочастотные фононы удерживались в кварцевом волокне с длительным временем жизни 10 миллисекунд. Длина распространения составляла около 10 метров, что позволяло также излучать фононам. В экспериментальной установке когерентная генерация оптической волны усиливала усиление акустических фононов и наоборот, обеспечивая генерацию генерации в двух доменах.

Команда отметила четыре режима работы устройства, увеличив мощность оптической накачки для создания фотонной и фононной генерации, при которой выигрыш как для стоксовской оптической волны, так и для акустической волны должен был превышать их потери. Экспериментаторы разработали метод, позволяющий разместить энергию фононов внутри кольцевой полости, чтобы облегчить фононную генерацию. В то время как мощность фононного лазера была удержана внутри резонатора, на выходе ответвителя был виден стоксов оптический лазер.

В ходе экспериментов исследователи использовали оптоволоконный диод накачки с длиной волны 976 нм и максимальной выходной мощностью 400 мВт. Они использовали термоэлектрический охладитель для регулирования функциональной температуры системы. Накачка запускалась в двухмодовое волокно, подключенное к кольцевой полости внешнего диаметра.