Onderzoekers hebben per ongeluk een nieuwe techniek ontdekt voor het genereren van donkere solitons in geïntegreerde halfgeleiderlasers. Donkere solitons zijn gebieden van optische extinctie tegen heldere achtergronden. Deze doorbraak kan belangrijke implicaties hebben voor moleculaire spectroscopie en geïntegreerde opto-elektronica.
Het onderzoek werd gedaan door een team van internationale onderzoekers aan de Universiteit van Harvard en de Technische Universiteit van Wenen. Bij het ontwikkelen van een vereenvoudigde versie van frequentiekam-lasers die in chips geïntegreerd kunnen worden, observeerden de onderzoekers dat een kwantum-cascade-ringlaser zich instelde op een stabiele frequentiekam in het gebied van het mid-infrarood dat wordt gebruikt voor moleculaire spectroscopie. Deze stabiele frequentiekam had slechts negen “tanden”, in tegenstelling tot traditionele frequentiekam-lasers die groot en complex zijn.
De onderzoekers integreerden een golfgeleiderkoppelaar in dezelfde chip, waardoor het gemakkelijker was om licht te extraheren en een grotere uitgangsvermogen te bereiken. Door de koppelingsverliezen af te stemmen, konden ze de laser schakelen tussen zijn frequentiekam-regime en continu-golf-regime. In het continu-golf-regime observeerden de onderzoekers het verschijnen van donkere solitons wanneer de laser aan en uit werd geschakeld. Donkere solitons zijn niet-lineaire, zelfversterkende golfpakketten van straling die oneindig in de ruimte kunnen voortplanten.
Wat deze waarneming bijzonder verrassend maakt, is dat de donkere solitons verschijnen als kleine hiaten in het continue laserlicht, wat resulteert in een enorme verandering in zijn frequentiespectrum. Deze verandering heeft gevolgen voor spectroscopie, omdat het wetenschappers in staat stelt om naar moleculen te kijken die over een groot spectrale bereik uitstralen.
Hoewel donkere solitons eerder zijn waargenomen, is dit de eerste keer dat ze zijn gezien in een kleine, elektrisch geïnjecteerde laser. De onderzoekers onderzoeken nu technieken om heldere solitons uit donkere solitons te produceren, evenals het uitbreiden van de techniek naar andere soorten lasers voor miniaturisatie en batterijgebruik.
Deze per ongeluk ontdekte doorbraak opent nieuwe mogelijkheden voor het gebied van geïntegreerde opto-elektronica en spectroscopie. De onderzoekers zijn optimistisch over toekomstige ontwikkelingen en het potentieel voor commerciële toepassingen.
Veelgestelde vragen
The source of the article is from the blog smartphonemagazine.nl