Dunkle Pulse vom Quantenpunktlaser

Wenn Sie an einen Laser denken, stellen Sie sich wahrscheinlich einen kontinuierlichen Lichtstrahl vor. Aber viele Laser senden unglaublich intensive und kurze Lichtpulse aus – diese gepulsten Laser werden in Medizin- und Laborgeräten sowie in Industrieanlagen verwendet. Jetzt haben Forscher einen neuen gepulsten Lasertyp entwickelt, der Quantenpunkte verwendet, um nicht Licht-, sondern Dunkelheitsblitze auszusenden – ein Trick, der sich für die optische Kommunikation und schnelle chemische Analyse als nützlich erweisen könnte.



An nochmal, Aus nochmal: Der Dunkelpulslaser, der Quantenpunkte verwendet, wird hier als dünner Streifen an Drähten gesehen.

Der neue Dunkelpulslaser wurde von Wissenschaftlern des National Institute of Standards and Technology (NIST) und des Forschungsinstituts JILA in Boulder, CO, entwickelt. Der NIST-Laser emittiert Licht, das von extrem kurzen Dunkelblitzen unterbrochen wird. Betrachten Sie es als einen Dauerstrichlaser, außer mit einem wirklich schnellen Verschluss, sagt Richard Mirin , ein Wissenschaftler am NIST.



Dieser Verschluss erzeugt dunkle Impulse, die 90 Pikosekunden dauern. Diese Betriebsgeschwindigkeit könnte Wissenschaftlern helfen, ultraschnelle chemische und biologische Reaktionen zu untersuchen. Ein Dunkelpulslaser könnte auch in einem faseroptischen Telekommunikationsschema verwendet werden, bei dem Informationen als Dunkelpulse kodiert würden, die dazu neigen, große Entfernungen ohne Qualitätseinbußen zurückzulegen.



Die Pulse werden von Quantenpunkten innerhalb eines Chips aus ultradünnen Schichten halbleitender Materialien erzeugt. Ein periodischer Intensitätsabfall von etwa 70 Prozent wird durch eine Fehlanpassung der Geschwindigkeit verursacht, mit der die Quantenpunkte und die umgebenden Materialien mit dem elektrischen Strom und den intern erzeugten Photonen interagieren. Halbleiterlaser finden sich bereits in Telekommunikationssystemen, DVD-Playern und Laserpointern. Dieses Laserdesign unterscheidet sich jedoch darin, dass es Quantenpunkte verwendet – Strukturen in Atomgröße, die bei Anregung Licht emittieren – um dunkle Pulse zu erzeugen.

Mirin vom NIST sagt, dass die Gruppe ursprünglich einen hellen Pulslaser mit Quantenpunkten herstellen wollte. Quantenpunkte können verwendet werden, um Laser mit einem breiten Farbspektrum herzustellen. Es stellt sich heraus, dass der Entdeckungsprozess uns mit dieser speziellen [Quantenpunkt]-Konfiguration zu etwas Interessantem geführt hat, sagt er.

Dirk Englund , Professor für Elektrotechnik und angewandte Physik an der Columbia University, sagt, dass die von den Wissenschaftlern am NIST und JILA erzeugten Dunkelpulse bekannten Quasiteilchen, sogenannten dunklen Solitonen, ähnlich sind. Regelmäßige Solitonen sind Lichtimpulse, die durch ein spezielles optisches Material geleitet werden, das sie daran hindert, sich über eine Entfernung zu zerstreuen oder Energie zu verlieren. Dunkle Solitonen sind das Fehlen von Energie in einem Hintergrund mit kontinuierlichem Strahl, sagt Englund.

Aber es sei schwierig, dunkle Solitonen zu erzeugen, weshalb die Technik in der Telekommunikation nicht eingesetzt wurde, sagt Mirin. Der Aufbau ist umständlich und manchmal wird nur ein einzelnes dunkles Soliton produziert. Der neue Dunkelpulslaser macht es einfacher, einen Soliton-ähnlichen Effekt zu erzeugen, sagt Mirin.

Obwohl diese dunklen Pulse anscheinend nicht wirklich Solitonen sind, sind sie laut Englund ähnlich und könnten sich in Kommunikations- und optischen Messanwendungen als nützlich erweisen.

Es sei noch zu früh, um zu versprechen, dass Dunkelimpulse die Telekommunikation revolutionieren werden, sagt Mirin. Da heutige Kommunikationssysteme helle Lichtimpulse verwenden, wurden Glasfasern entwickelt, um den Energieverlust durch Dispersion zu reduzieren, was bedeutet, dass dunkle Impulse nicht effektiv entlang bestehender Glasfasern wandern können. Dunkelpulslaser würden ihren eigenen speziell entwickelten Fasertyp benötigen. Dennoch ist er ermutigt, dass die Entdeckung einer kompakten und zuverlässigen Quelle für Dunkelpulse neue Forschungsgebiete eröffnen könnte.

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