Na prvi pogled zvuči gotovo nevjerojatno – da su istraživači iz Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju NIST i JILA, zajedničkog instituta NIST i Sveučilišta Colorado u Boulderu, pokazali novu vrstu laserskih impulsa bez proizvodnje svjetla.
Novi uređaj stvara stalne tokove „tamnih impulsa“ – ponavljanih opadanja u intenzitetu svjetlosti – što je suprotno od svijetlih rafala u tipičnom pulsnom laseru. Usprkos svom zloslutnom nazivu, tamni pulsni laser zamišljen je kao alat za običnu komunikaciju i mjerenje koji se temelji na frekvencijama infracrvenog svjetla. Ultrakratki laserski impulsi traju samo 90 pikosekundi (trilijunti dio sekunde), čime je uređaj pogodan za mjerenje u kratkim vremenskim razmacima. Tamni impulsi bi mogli biti korisni u obradi signala, jer se za razliku od svijetlih impulsa šire bez izobličenja. Tamni impulsi se mogu koristiti kao zatvarač fotoaparata za kontinuirani snop svjetlosti u optičkim mrežama.
Kako je opisano u radu objavljenom u časopisu Optics Express, nova tehnologija NIST/JILA prva je koja stvara tamne impulse izravno iz poluvodičkih lasera, bez električnih ili optičkih oblikovanja impulsa, nakon što su proizvedeni. Infracrveni laser veličine računalnog čipa stvara svjetlost od milijuna kvantnih točkica (qdots) nanostrukturiranih poluvodičkih materijala pripravljenih na NIST-u. Kvantni točkasti laseri poznati su po svom neobičnom ponašanju.
U novom NIST/JILA laseru, male električne struje se puštaju u laser potičući kvantne točke da emitiraju svjetlo. Kvantne točke su sve iste veličine – široke oko 10-nanometara (milijarditi dio metra) – i stoga sve one, zbog svog nanostrukturiranog dizajna radi kojeg se ponašaju kao pojedinačni atomi, emitiraju svjetlo na istoj frekvenciji. Struja stvara dovoljno energije da pojača emisije iz kolektivnih točkica, stvarajući posebna obilježja laserske svjetlosti.
Novi laser ovisi o neuobičajenoj energetskoj dinamici kvantnih točaka, koje imaju učinak stabiliziranja tamnih impulsa. Nakon što emitiraju svjetlost, kvantne točke brzo obnavljaju energiju (za oko 1 pikosekundu), ali ipak sporije (za oko 200 pikosekundi) od energetskih inputa podrijetlom izvan kvantnih točaka u laseru. To stvara rast ukupnih energetskih dobitaka koje postupno ustupaju mjesto ukupnim energetskim gubicima. Na kraju, laser dosiže stabilno stanje ponavljanjem kratkih opadanja intenziteta – pad od oko 70 posto – od kontinuiranog svjetla pozadine.
Tamni pulsni laser razvijen je u bliskoj suradnji između NIST-ovih stručnjaka za kvantne točke te konstrukciju i proizvodnju poluvodičkih lasera te JILA-ovih stručnjaka za ultrabrze lasere i srodna mjerenja. Na NIST-u su u tijeku istraživanja razvoja kvantnih točkastih lasera te razvoja modeliranja, proizvodnje i novih mjernih metoda za poluvodičke nanostrukture kao što su kvantne točke. Općenito, poluvodički laseri se razmatraju za mnoge napredne primjene, kao što su nove generacije atomskih satova zasnovanih na optičkim frekvencijama, za što su veliki laseri skupi i složeni.
Izvor: National Institute of Standards and Technology
