美国国家标准与技术研究院(NIST)的物理学家使用普通的电子设备来制造比常规超快激光器脉冲频率高100倍的激光器。这一进步可以将超快科学的优势扩展到新的应用,例如实时成像生物材料。

制造电光激光器的技术已经存在了五十年,这个想法看起来非常简单。但到目前为止,研究人员还是无法通过电子方式切换光来制作超快脉冲并消除电子噪声或干扰。

正如9月28日出版的" 科学"所述,NIST的科学家开发了一种滤波方法来减少热的干扰,否则会电子合成光的一致性。

"我们用铝罐驯服了光线,"项目负责人斯科特帕普说,他指的是电子信号稳定和过滤的"空腔"。当信号在诸如汽水罐之类的内部来回反弹时,固定波以最强频率出现并或滤除其他频率。

超快速是指持续皮秒(万亿分之一秒)到飞秒(千万亿分之一秒)的事件。这比几年前在纳米技术领域(纳秒是十亿分之一秒)引入文化词典的纳米级制度更快。

传统的超快光源是光频梳,是光的精确"标尺"。梳子通常由复杂的"锁模"激光器制成,这些激光器形成来自许多不同颜色的光波的脉冲,这些脉冲重叠,在光学和微波频率之间产生链接。光学和微波信号的互操作为通信,计时和量子传感系统的最新进展提供了动力。

相比之下,NIST的新型电光激光器在以光学频率工作的连续波激光器上微波电子振动,有效地将脉冲刻入光中。

"在任何超快激光器中,每个脉冲持续时间为20飞秒,"主要作者大卫卡尔森说。"在模式锁定激光器中,脉冲每10纳秒出现一次。在我们的电光激光器中,脉冲每100皮秒出现一次。这就是加速速度 - 超快脉冲速度快100倍或更快。"

"化学和生物成像是这类激光应用的一个很好的例子,"帕普说。"使用超快脉冲探测生物样本可提供成像和化学组成信息。使用我们的技术,这种成像可以更快地发生。因此,目前需要一分钟的高光谱成像可能会实时发生。"

为了制造电光激光器,NIST的研究人员从一个红外连续波激光器开始,用一个由腔体稳定的振荡器产生脉冲,提供相当于一个存储器以确保所有脉冲相同。激光器以微波速率产生光脉冲,并且每个脉冲被引导通过微芯片波导结构以在频率梳中产生更多的颜色。

Papp说,电光激光器具有前所未有的速度,结合精确度和稳定性,可与锁模激光器相媲美。激光器采用商用电信和微波元件构建,使系统非常可靠。可靠性和准确性的结合使得电光梳对于光学时钟网络或通信或传感器系统的长期测量具有吸引力,其中需要比当前可能的更快地获取数据。