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  • 利用時間透鏡開發出一種高性能片上飛秒脈沖源

    作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2022-11-17 16:53 閱讀:112 [投稿]
    來自哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院的研究人員利用時間透鏡,開發了一種高性能的片上飛秒脈沖源。

    飛秒脈沖激光器以持續時間十億分之一秒的超快速度發射光,它是一種應用范圍涵蓋了醫學和制造業、傳感和時空的精確測量等行業的強大工具。如今,這些激光器通常是昂貴的桌面系統,這限制了它們在有尺寸和功耗限制的應用程序中的使用。

    片上飛秒脈沖源將開啟量子、光計算、天文學、光通信等領域的新應用。然而,集成可調諧和高效的脈沖激光器到芯片上一直是一個挑戰。

    現在,來自哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院的研究人員利用時間透鏡,開發了一種高性能的片上飛秒脈沖源。

    該研究成果發表在《自然》雜志上。


    時間透鏡將連續波單色激光束轉換為高性能片上飛秒脈沖源。

    海洋工程學院電氣工程Marko Loncar教授說:“脈沖激光器產生高強度的短脈沖,包含多種顏色的寬束光。為了使這些激光光源更加實用,我們決定利用我們開發出來的最先進集成光子學平臺,并借助最新方法用來實現傳統和大寬束的飛秒源。重要的是,我們的芯片采用了類似于計算機芯片的微加工技術,這不僅確保了成本和尺寸的降低,還提高了飛秒源的性能和可靠性!

    傳統的鏡片,如隱形眼鏡或放大鏡和顯微鏡中的鏡片,通過改變相位來彎曲來自不同方向的光線,使它們到達空間中的同一位置——焦點。

    另一方面。時間透鏡則以類似的方式“彎曲”光束,但它們在時間而不是空間上改變光束的相位。通過這種方式,以不同速度傳播的不同顏色的光被重新計時,這些光會同時到達聚焦平面。

    為了產生飛秒脈沖,該團隊的設備使用了一系列的光波導、耦合器、調制器和光學光柵,該平臺由Marko Loncar的實驗室率先開發出來。

    在這個過程中,該團隊首先讓連續的單色激光束通過一個振幅調制器,該調制器控制通過時間透鏡的光量,這一功能類似于傳統透鏡的光圈。然后光通過透鏡的“彎曲”部分傳播,在這種情況下,這是一個相位調制器,在那里產生了不同顏色的頻率梳;氐狡嚨念惐,相位調制器在不同的啟動時間創建和釋放不同顏色的汽車。

    由于該設備控制不同波長的傳播速度以及它們到達焦平面的時間,它能夠有效地將連續的單色激光束轉換為寬帶高強度脈沖源,并可以產生520飛秒的超快脈沖。

    該設備高度可調,集成到一個2×4mm的芯片上。由于鈮酸鋰的光電特性,它需要比桌面產品顯著更低的功率。

    當設備變得更小、更集成時,就能夠獲得更好的性能。未來,人們或許可以在口袋里攜帶飛秒脈沖激光器來檢測水果的新鮮程度,或者實時跟蹤個人的健康狀況,或者在車內進行距離測量。

    接下來,該團隊的目標是探索激光本身和時間透鏡技術的一些應用,包括透鏡系統(如望遠鏡)以及超快信號處理和量子網絡。

    相關鏈接:https://phys.org/news/2022-11-on-chip-time-lens-generates-ultrafast-pulses.html

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