Neue Laserarchitektur kann eine ausgeklügelte Struktur zur Kontrolle von Materie bilden

• Forscher entwickeln eine neue Laserarchitektur namens Universal Light Modulator, um Materie zu untersuchen und zu kontrollieren.
• Es könnte ein Wendepunkt für alle wichtigen photonischen Anwendungen sein, die eine hohe Leistung erfordern.

Laser werden für verschiedene Zwecke verwendet, darunter das Ausrichten von Materialien, das Aufzeigen von Objekten während einer Präsentation und von Ärzten für kosmetische und chirurgische Eingriffe. Zahlreiche Dinge, die Sie in Ihrem täglichen Leben sehen, basieren auf Lasertechnologien, wie Barcode-Scanner, optische Laufwerke, Glasfaser, Schneid- und Schweißmaterialien, Laserbeleuchtungsdisplays in der Unterhaltung und mehr.

Laser verfügen über unglaubliche Fähigkeiten, um Materie mit verschiedenen Methoden genau anzutreiben, zu steuern und zu untersuchen. Obwohl sie meist hinter den Kulissen funktionieren, sind Laser das Rückgrat fortschrittlicher Wissenschaft und Technologie. 2018 wurde der Nobelpreis für Physik an eine revolutionäre Lasertechnologie verliehen, die optische Pinzette, eine Technik zum Einfangen von Nanopartikeln zwischen zwei Laserstrahlen.

Vor kurzem haben Forscher des SLAC National Accelerator Laboratory und der Stanford University eine neue Laserarchitektur entwickelt, um Materie zu untersuchen und zu kontrollieren. Sie nennen es den universellen Lichtmodulator.

Laser kann anspruchsvolle Strukturen integrieren

Da der Laser Licht kohärent aussendet, kann er hinsichtlich Intensität und elektromagnetischer Verteilung eine viel komplexere Struktur aufweisen als jede andere Lichtquelle. Es könnte beispielsweise einzigartige dreidimensionale Intensitätsverteilungen (ein optisches Sieb oder ein Waffelkegel) oder zylindrische Vektorstrahlen aufweisen.

Aufgrund dieser Fähigkeiten hat der universelle Lichtmodulator das Potenzial, neue Türen für fortschrittliche Anwendungen der Photonik zu öffnen. Derzeit gibt es nicht viele zuverlässige Methoden, um komplexe Lichtstrukturen herzustellen, daher ist es sehr schwierig, die Kapazitäten für die Programmierung oder das Engineering solcher Strukturen auszunutzen.

Referenz:Die optische Gesellschaft 

Dies wird nur von externen Instrumenten wie in Projektoren verwendeten räumlichen Lichtmodulatoren durchgeführt. Diese Instrumente sind jedoch mit Spitzenleistungs- und Durchschnittsleistungsbegrenzungen ausgestattet, und sie können leicht platzen, ohne Anwendungen zu erreichen, die einen erheblichen Leistungspegel erfordern.

Die neue Laserarchitektur umgeht diese Leistungsbegrenzung, ohne die Fähigkeit zu beeinträchtigen, beliebige Lichtstrukturen zu erzeugen. Die Forscher entwickelten eine innovative Funktionalität, um Strahlen in die Laserarchitektur selbst einzufügen. Dies erfüllt die beiden Hauptanforderungen:Lichtstruktur und Leistungsskalierung.

Strahlformung mit neuer Laserarchitektur | Greg Stewart / SLAC

Sie haben zusammengesetzte Beamlets verwendet, um diese programmierbaren Lichtpulse zu erzeugen. Man kann es sich als einen Laserstrahl vorstellen, der aus mehreren wabenförmigen kürzeren Beamlets besteht, die unabhängig voneinander gesteuert werden können, obwohl sie alle kohärent zueinander sind.

Sie können sich gegenseitig Informationen „offenlegen“, einschließlich ihres Zustands und ihrer jeweiligen Beziehung. Wenn alle Beamlets synchronisiert sind, können sie zusammen jede beliebige Struktur erzeugen.

Anwendungen

Der universelle Lichtmodulator ist innerhalb der ultrakurzen Systeme (in Femtosekunden-Zeitskalen und noch kürzer) äußerst wertvoll:Er kann zu ganz neuen Überlegungen darüber führen, wie Lichter mit raffinierten Strukturen zum Antrieb technologischer Bemühungen eingesetzt werden können. Es könnte ein Wendepunkt für alle wichtigen photonischen Anwendungen sein, die hohe Leistung, Mikro-Nano-Bearbeitung, optisches Einfangen, Glasfaser-Telekommunikation und ultraschnelle Protonenwissenschaften erfordern.

Forscher versuchen nun, diese Lichtquelle zu nutzen, um Elektronenstrahlen zu steuern, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Dies würde ihnen helfen, neue Arten von Röntgen- und Elektronenquellen zu schaffen und den Röntgenstrahlen und Elektronen die Lichtstruktur aufzuprägen.

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Außerdem planen sie, zahlreiche parallele Bemühungen zu untersuchen. Das allererste ist, mehr Beamlets zu integrieren und den Modulator auf eine viel höhere Leistung aufzurüsten. Zweitens werden sie untersuchen, wie Femtosekunden-Beamlets mit nichtlinearen Umwandlungsmethoden in andere Wellenlängen umgewandelt werden können, die strukturiertes Licht mit hyperspektraler Zusammensetzung und natürlicher Selbstsynchronität oder mit Mehrfarben erzeugen würden.