新型的光電激光脈衝比通常的超快光還要快100倍

美國國家標準技術研究所的超快光電激光器依靠這種鋁製的「罐」來穩定和過濾電子信號，電子信號在內部來回跳動，直到固定波出現在最強的頻率並阻擋或過濾掉其他頻率。圖片來源：美國國家標準技術研究所。

美國國家標準與技術研究所（NIST）的物理學家已經使用普通電子學來製造一種激光，這種激光的脈衝頻率是傳統超快激光的100倍。這一進展將超快科學的益處擴展到新的應用領域，如一些實時成像生物材料。

製作光電激光器的技術已經存在了五年，這個想法似乎很簡單。但直到現在，研究人員還無法用電子開關來產生超快脈衝，並消除電子雜訊或干擾。

而9月28日出版的《科學Science》雜誌所發表一篇論文，美國國家標準與技術研究所的科學家們開發了一種過濾方法來減少熱引起的干擾，否則會破壞電子合成光的一致性。

項目負責人斯科特·帕普（Scott Papp）說：「我們用一個鋁罐來調製光線。」他指的是電子信號穩定和濾波的「空腔」。當信號在像汽水罐之類的東西裡面來回跳動時，固定波出現在最強的頻率處，並阻斷或過濾掉其他頻率。

超快是指皮秒（萬億分之一秒）到飛秒（千萬億分之一秒）的事件。這比幾年前在納米技術領域引入文化詞典的納米尺度體系要快（納米秒是十億分之一秒）。

超快光的傳統光源是光學頻率梳，是光的精確「尺」。梳子通常由精密的「鎖模」激光器製成，這些激光器由許多不同顏色的重疊的光波形成脈衝，從而在光學頻率和微波頻率之間建立聯繫。光信號和微波信號的互操作為通信、計時和量子感測系統的最新進展提供了動力。

相比之下，美國國家標準與技術研究所的新型光電激光器將微波電子振動施加到工作在光學頻率的連續波激光器上，從而有效地將脈衝刻入光中。

「在任何超快激光器中，每個脈衝持續，例如，20飛秒，」首席作者David Carlson說。「在鎖模激光器中，脈衝每10納秒發出一次。在我們的光電激光器中，脈衝每100皮秒出現一次。這就是超快脈衝的加速，達到100倍的速度或更快。」

上圖所示圖形描述的是美國國家標準與技術研究所的超快光電激光器的電子背景雜訊（藍色）中出現光（尖峰）的特定頻率或顏色。垂直背景顯示這些顏色是如何結合起來產生光頻率梳，或者是光的「尺子」。圖片來源：美國國家標準與技術研究所

「化學和生物成像是這類激光器應用的一個很好的例子，」Papp說。「用超快脈衝探測生物樣品提供了成像和化學組成信息。利用我們的技術，這種成像可以更快地發生。因此，目前需要一分鐘的高光譜成像可以實時發生。」

為了製造光電激光器，美國國家標準與技術研究所的研究人員從紅外連續波激光器開始，用一個由腔穩定的振蕩器產生脈衝，該振蕩器提供等效的存儲器以確保所有脈衝相同。激光器以微波速率產生光脈衝，並且每個脈衝被引導通過微晶元波導結構以在頻率梳中產生更多的顏色。

Papp說，光電激光器提供了前所未有的速度和精度和穩定性，可與鎖模激光器媲美。使用商用電信和微波組件構造激光器，使得系統非常可靠。可靠性和準確性的結合，使得光電頻率梳對於需要比當前可能更快地獲取數據的設備，如光時鐘網路或通信或感測器系統的長期測量都具有吸引力。

來源：https://phys.org/news/2018-09-NIST-electro-optic-laser-pulses-faster.html

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