レーザースクエアド: A 2

2023年7月17日の特集

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Thamarasee Jeewandara、Phys.org 著

レーザーは、社会のいたるところに影響を与える重要な歴史的発明です。 この概念は、フォノン レーザーや原子レーザーなどの学際的な応用も可能です。 ある物理領域のレーザーは、別の物理領域のエネルギーによって励起されることがあります。 それにもかかわらず、実際に実証されたすべてのレーザーは、これまでのところ 1 つの物理領域でのみレーザー発振しています。

Science Advances に掲載された新しいレポートの中で、Ning Wang と米国セントラルフロリダ大学光学・フォトニクス学部の研究チーム、およびフランスの Prysmian グループは、フォトンとフォノンのレーザー発振の同時プロセスを実証しました。 2 領域レーザーには、機械的センシングを行ってマイクロ波を生成し、量子処理を実行するための光および音響ピンセットとして複数の用途があります。 研究チームは、このデモンストレーションがマルチドメインのレーザー関連アプリケーションに新たな道を開くことを期待しています。

レーザーは、光学領域における無線周波数の電子発振器とマイクロ周波数のメーザーの拡張です。 レーザーには、セーザーとしても知られる音響発振器や原子波や物質波の発振器など、概念を領域全体に新たに拡張した多大な用途があります。 レーザーの概念は伝統的に誘導放出に基づく光発振器を指しますが、フォノンレーザーや原子/物質レーザーという用語も非常に一般的です。

フォトンとフォノンの同時レーザー発振プロセスが役立つアプリケーションがいくつかあります。 これらには、サブミリメートルスケールの音響ピンセットの開発が含まれます。 超音波と光子を組み合わせた生物学的イメージングによりイメージング品質が向上し、2 ドメイン レーザーは量子情報の処理とセンシングの範囲をカバーします。 既存の実証では、ストークス光音響波がフォノンレーザーの副産物であることが示されています。 この研究で、Wangらは、同じ光源からポンピングされた2つの異なる物理領域でレーザ発振する結合発振器のシステムを開発し、2領域の同時光子レーザ発振とフォノンレーザ発振がどのようにして光子レーザとフォノンレーザの両方の出力を強化するかを示した。

研究チームは、前方誘導ブリルアン散乱を使用して低周波屈曲音波を生成しました。 2モードファイバー内の光子とフォノンの相互作用。 低周波フォノンはシリカファイバー内に閉じ込められており、その寿命は10ミリ秒です。 伝播長は約 10 メートルであり、フォノンも同様に発振することができます。 実験装置では、光波のコヒーレント振動が音響フォノンの利得を高め、その逆も同様で、2つの領域でレーザー発振を生成しました。

研究チームは、ストークス光波と音響波の両方の利得が損失を上回る必要があるフォトンとフォノンのレーザー発振を生成するために光ポンプパワーを増加させることにより、デバイス内の機能の4つの状態に注目しました。 実験者らは、リングキャビティ内にフォノンのエネルギーを与えてフォノンの発振を促進する方法を考案した。 フォノンレーザーの出力がキャビティ内に閉じ込められている間、ストークス光レーザーがカプラーの出力で見られました。

実験中、研究者らは最大出力400mWの976nmファイバー結合ポンプダイオードを使用した。 彼らは、システムの機能温度を調整するために熱電冷却器を使用しました。 ポンプは、外径リング キャビティに結合された 2 モード ファイバ内に発射されました。