레이저 제곱: 2

2023년 7월 17일 특집

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작성자: Thamarasee Jeewandara, Phys.org

레이저는 사회 곳곳에 영향을 미치는 중요한 역사적 발명품입니다. 이 개념은 또한 포논 레이저 및 원자 레이저와 같은 학제간 응용 분야도 있습니다. 한 물리적 영역의 레이저는 다른 물리적 영역의 에너지에 의해 펌핑될 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 실제로 시연된 모든 레이저는 지금까지 하나의 물리적 영역에서만 레이저를 발사했습니다.

Science Advances에 발표된 새로운 보고서에서 Ning Wang과 미국 센트럴 플로리다 대학교 광학 및 포토닉스 대학 연구팀, 프랑스 프리즈미안 그룹은 광자 및 포논 레이저 발생의 동시 과정을 시연했습니다. 2영역 레이저는 기계적 감지를 수행하여 마이크로파를 생성하고 양자 처리를 수행하는 광학 및 음향 핀셋으로 여러 용도로 사용됩니다. 팀은 이 시연이 다중 도메인 레이저 관련 응용 분야에 대한 새로운 경로를 열 것으로 기대합니다.

레이저는 무선 주파수의 전자 발진기와 광학 영역의 미세 주파수의 메이저의 확장입니다. 레이저는 세이저라고도 알려진 음향 발진기, 원자 또는 물질 파동의 발진기와 같은 영역 전반에 걸쳐 개념을 새롭게 확장하여 엄청난 응용 분야를 가지고 있습니다. 레이저의 개념은 전통적으로 유도 방출을 기반으로 하는 광 발진기를 설명하지만, 포논 레이저 및 원자/물질 레이저라는 용어도 매우 일반적입니다.

광자와 포논 레이저를 동시에 발생시키는 과정이 유용할 수 있는 몇 가지 응용 분야가 있습니다. 여기에는 밀리미터 미만 규모의 음향 핀셋 개발이 포함됩니다. 향상된 이미징 품질과 2도메인 레이저를 위한 결합된 초음파 및 광자 생물학적 이미징은 양자 정보 처리 및 감지 전반에 걸쳐 범위를 갖습니다. 기존 시연에서는 스톡스 광학 음향파가 포논 레이저의 부산물인 것으로 나타났습니다. 이 연구에서 Wang과 동료들은 두 영역의 동시 광자 및 포논 레이징이 어떻게 광자와 포논 레이저의 출력 전력을 향상시키는지 보여주기 위해 동일한 소스에서 펌핑된 두 개의 서로 다른 물리적 영역에서 레이저를 발사하는 결합 발진기 시스템을 개발했습니다.

팀은 전방 자극 브릴루앙 산란을 사용하여 저주파 굴곡 음향파를 생성했습니다. 2모드 광섬유 내에서 광자와 포논의 상호 작용. 저주파 포논은 10밀리초의 긴 수명을 갖는 실리카 섬유에 갇혀 있었습니다. 전파 길이는 약 10미터에 달해 포논도 레이저를 발사할 수 있습니다. 실험 설정에서 광파의 응집성 진동은 음향 포논의 이득을 향상시켰고 그 반대의 경우도 마찬가지였습니다. 두 영역에서 레이징을 생성했습니다.

팀은 스톡스 광파와 음파 모두에 대한 이득이 손실을 초과해야 하는 광자 및 포논 레이저를 생성하기 위해 광학 펌프 전력을 증가시킴으로써 장치의 네 가지 기능 상태에 주목했습니다. 실험가들은 포논 레이징을 촉진하기 위해 링 공동 내 포논 에너지를 허용하는 방법을 고안했습니다. 포논 레이저 출력은 공동 내부에 국한된 반면 스톡스 광학 레이저는 커플러 출력에서 ​​나타났습니다.

실험 동안 연구원들은 최대 출력 전력이 400mW인 976nm 파이버 결합 펌프 다이오드를 사용했습니다. 그들은 시스템의 기능 온도를 조절하기 위해 열전 냉각기를 사용했습니다. 펌프는 외경 링 캐비티에 연결된 2모드 광섬유로 시작되었습니다.