EN

Uusi ultranopea mittaustekniikka osoittaa laserpulssien syntyvän kaaoksesta

8.3.2018

Tuoreessa Nature Photonics -lehdessä julkaistu tutkimus osoittaa ennennäkemättömästi, kuinka laserpulssi kehittyy kohinasta kuin tyhjästä ja värähtelee voimakkaasti ennen vakaantumistaan. Tulokset tuottavat uutta tietoa laserpulssien toiminnasta ja niillä on vahvaa tieteidenvälistä sovellettavuutta.  Tutkimus on suomalais-ranskalaista yhteistyötä. Tampereen teknillisen yliopiston fotoniikan laboratoriossa tehtyä tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia.     

Ultralyhyen aallonpituuden laserit ovat kriittisiä komponentteja muun muassa monissa tietoliikenteen ja teollisen tuotannon prosesseissa. Niiden kehittäminen on johtanut fysiikan Nobelin palkintoihin. Vaikka ne löydettiin jo 1960-luvulla, tutkijat eivät ole onnistuneet täysin selvittämään, kuinka laser kykenee tuottamaan niin kirkkaan valonvälähdyksen. Aiemmin ei ole ollut mahdollista todistaa laserpulssin syntyhetkeä ja nähdä, kuinka se muodostuu kohinasta.

”Ultralyhyiden laserien tutkiminen on haasteellista, koska ne tuottavat tyypillisesti enintään pikosekunnin mittaisia pulsseja. Optiset mittaustekniikat eivät ole kyenneet mittaamaan laserin vakaantumista edeltäviä monimutkaisia dynaamisia prosesseja ja ultralyhyiden pulssien satoja (joskus tuhansia) purkauksia”, kertoo professori Goëry Genty TTY:ltä. 

”Kyseessä on esimerkki niin sanotusta dissipatiivisesta solitonijärjestelmästä, joka on yksi epälineaarisen tieteen peruskäsitteistä ja jota voidaan soveltaa muun muassa biologian, lääketieteen ja ehkä jopa yhteiskuntatieteiden alueilla”, kertoo professori John M. Dudley, joka ohjasi ranskalaisessa Bourgogne-Franche-Comtén yliopistossa tehtyä tutkimustyötä.  

Erityinen tieteellinen edistysaskel, joka mahdollisti kyseisen tutkimuksen, on laserin ajallisen intensiteetin reaaliaikainen mittaus alle pikosekunnin tarkkuudella sekä laserin spektrin mittaaminen alle nanometrin tarkkuudella. Tarkkailemalla näitä ominaisuuksia samanaikaisesti tutkijat onnistuivat kehittämään edistyneen laskennallisen algoritmin, joka tunnistaa laserin sähkömagneettisen kentän ominaisuudet. 

Ryhmään kului tutkijoita Tampereen teknillisen yliopiston fotoniikan laboratoriosta ja ranskalaisesta FEMTO-ST –instituutista (CNRS ja Bourgogne-Franche-Comtén yliopisto). Kun tutkijat rekonstruoivat sähkömagneettisen kentän syntymistä, he havaitsivat kohinasta laajaa vuorovaikutusta dissipatiivisten solitonijärjestelmien välillä.

”Käytimme tutkimusmenetelmää, joka toimii alhaisilla tehotasoilla ja korkeissa nopeuksissa. Ryhmämme todisti ensimmäistä kertaa muun muassa dissipatiivisten solitonien välisiä törmäyksiä ja yhteensulautumisia”, Genty kertoo. 

Tutkijat uskovat, että tulokset parantavat ultralyhyiden lasereiden suunnittelua ja suorituskykyä.  

”Tämä on kiehtova tutkimusalue, jossa perustutkimuksesta lähtevillä kysymyksillä on todellista käytännön merkitystä tulevaisuuden fotoniikan kehittämiselle”, arvioi Dudley.  

Tutkimuksen rahoittivat Ranskassa Agence Nationale de la Recherchen LABEX ACTION ANR11-LABX-0001-01 -projekti sekä Region of Franche-Comté Project CORPS.  

Artikkelin tiedot:  

P. Ryczkowski, M. Närhi, C. Billet, J.-M. Merolla, G. Genty & J. M. Dudley, “Real-time full-field characterization of transient dissipative soliton dynamics in a mode-locked laser,” Nature Photonics (2018), doi:10.1038/s41566-018-0106-7

Lähde: Tampereen teknillisen yliopiston tiedote

Viimeksi muokattu 8.3.2018
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
TIETOSUOJASELOSTEET »
YHTEYSTIEDOT JA LASKUTUS »
KYSYMYKSET JA PALAUTE »