Laser ao quadrado: dois

Recurso de 17 de julho de 2023

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por Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Os lasers são uma invenção histórica significativa com impacto onipresente na sociedade. O conceito também tem aplicações interdisciplinares como lasers de fônons e lasers de átomos. Um laser em um domínio físico pode ser bombeado com energia em outro. No entanto, todos os lasers demonstrados na prática só atingiram um domínio físico até agora.

Em um novo relatório publicado na Science Advances, Ning Wang e uma equipe de pesquisa da Faculdade de Óptica e Fotônica da Universidade da Flórida Central, nos EUA, e do grupo Prysmian na França demonstraram o processo simultâneo de laser de fótons e fônons. O laser de dois domínios tem múltiplas aplicações como pinças ópticas e acústicas para conduzir detecção mecânica para gerar microondas e realizar processamento quântico. A equipe espera que esta demonstração abra novos caminhos para aplicações relacionadas a laser multidomínio.

Os lasers são uma extensão dos osciladores eletrônicos em radiofrequências e masers em microfrequências na região óptica. Os lasers têm aplicações tremendas com novas extensões do conceito em domínios como osciladores acústicos, também conhecidos como sasers, e osciladores em ondas de átomos ou matéria. O conceito de laser tradicionalmente descreve um oscilador óptico baseado em emissão estimulada, embora os termos laser fônon e laser átomo/matéria também sejam bastante comuns.

Existem algumas aplicações nas quais o processo de laser simultâneo de fótons e fônons pode ser útil. Isso inclui o desenvolvimento de pinças acústicas na escala submilimétrica. Imagens biológicas ultrassônicas e fotônicas combinadas para melhor qualidade de imagem e lasers de dois domínios têm escopo no processamento e detecção de informações quânticas. As demonstrações existentes mostraram que a onda acústica óptica de Stokes é um subproduto de um laser fônon. Neste trabalho, Wang e colegas desenvolveram um sistema de osciladores acoplados que disparavam em dois domínios físicos distintos bombeados da mesma fonte para mostrar como o laser simultâneo de fótons e fônons de dois domínios aumentava as potências de saída dos lasers de fótons e fônons.

A equipe gerou a onda acústica flexural de baixa frequência usando espalhamento de Brillouin estimulado diretamente; a interação de fótons e fônons dentro de uma fibra bimodo. Os fônons de baixa frequência foram confinados na fibra de sílica com uma longa vida útil de 10 milissegundos. O comprimento de propagação foi aproximado de 10 metros, permitindo que os fônons também disparassem. Na configuração experimental, a oscilação coerente da onda óptica potencializou o ganho dos fônons acústicos e vice-versa, para gerar laser em dois domínios.

A equipe observou quatro estados de função no dispositivo, aumentando a potência da bomba óptica para produzir laser de fótons e fônons, para os quais os ganhos tanto para a onda óptica de Stokes quanto para a onda acústica tiveram que exceder suas perdas. Os experimentalistas desenvolveram um método para permitir a energia do fônon dentro da cavidade do anel para facilitar o laser do fônon. Enquanto a potência do laser fônon estava confinada dentro da cavidade, o laser óptico de Stokes foi visto na saída do acoplador.

Durante os experimentos, os pesquisadores usaram um diodo de bomba acoplado a fibra de 976 nm com potência máxima de saída de 400 mW. Eles usaram um resfriador termoelétrico para regular a temperatura funcional do sistema. A bomba foi lançada em uma fibra bimodo acoplada à cavidade do anel de diâmetro externo.