UCF ontwikkelt ‘s werelds eerste optische puls

Orlando, december 2021 – Een team van UCF heeft ‘s werelds eerste optische oscilloscoop ontwikkeld, een instrument dat het elektrische veld van licht kan meten. Het apparaat zet lichte trillingen om in elektrische signalen, net zoals ziekenhuismonitors de hartslag van een patiënt omzetten in een elektrische trilling.

Tot nu toe was het lezen van het elektrische veld van licht een uitdaging vanwege de hoge snelheden waarmee de lichtgolven oscilleren. Meer geavanceerde technologieën, die onze telefoon- en internetcommunicatie mogelijk maken, kunnen momenteel elektrische velden opnemen met frequenties tot gigahertz – die de radio- en microgolfgebieden van het elektromagnetische spectrum bestrijken. Lichtgolven oscilleren met veel hogere snelheden, waardoor een hogere dichtheid aan informatie kan worden verzonden. De huidige instrumenten voor het meten van lichtvelden kunnen echter alleen het gemiddelde signaal oplossen dat bij een “puls” van licht hoort, niet de pieken en dalen binnen de puls. Het meten van die pieken en dalen binnen een enkele puls is belangrijk omdat in die ruimte informatie kan worden verpakt en afgeleverd.

“Glasvezelcommunicatie heeft gebruik gemaakt van licht om dingen te versnellen, maar we worden nog steeds functioneel beperkt door de snelheid van de oscillaties”, zegt universitair hoofddocent natuurkunde Michael Cheney, die aan het onderzoek bij UCF werkte. “Onze optische oscilloscoop kan deze snelheid mogelijk met een factor 10.000 verhogen.”

De resultaten van het team zijn gepubliceerd in het bulletin van deze week Natuurfotonica tijdschrift.

Het team ontwikkelde het apparaat en demonstreerde zijn vermogen om in realtime de elektrische velden van individuele laserpulsen te meten in het Chini Lab van UCF. De volgende stap van het team is om te kijken hoe ver ze de snelheidslimieten voor deze technologie kunnen verleggen.

De hoofdauteur van het artikel is UCSD-postdoctoraal wetenschapper Yang Yang Liu. Andere auteurs zijn onder meer: Fysica Gisteren Jonathan Nesper ’19’ 21MS, wie heeft het gehaald Bachelor in de wiskunde En Master in de natuurkunde; Shima Ghulam-Mirzai “18MS” 20 PhD; en John E. Bittar ’15’ 17MS’ 20PhD.

Ghulam Mirzai is nu een postdoctoraal onderzoeker in het Attosund Joint Science Laboratory van de National Research Council of Canada en de University of Ottawa and Beitar, en voltooit een postdoctoraal onderzoek aan UC Berkeley.

Chini had het idee voor een single-shot golfvormmeetschema en hield toezicht op het onderzoeksteam. Liu leidde de experimentele inspanning en voerde de meeste metingen en simulaties uit. Beetar assisteerde bij het meten van de fase-afhankelijkheid van de drager-envelop. Nesper en Ghulam Mirzai hielpen bij het bouwen van de experimentele opstelling en het verzamelen van gegevens. Alle auteurs droegen bij aan de data-analyse en schreven een artikel in het tijdschrift.

Het werk werd voornamelijk ondersteund door een subsidie ​​van het Air Force Office of Scientific Research onder awardnummer FA9550-20-1-0284, terwijl Ghulam Mirzai werd ondersteund door het Army Research Office onder awardnummer W911NF-19-1-0211.