Laser Elektro-Optik Baru Memancarkan 30 Miliar Pulsa Per Detik

• Laser elektro-optik baru 100 kali lebih cepat daripada sinar laser ultracepat konvensional.
• Sistem ini andal dan menghasilkan pulsa yang akurat dan stabil pada 30 GHz.
• Dapat digunakan dalam pencitraan biologi/kimia dan untuk mengimplementasikan jaringan komunikasi yang lebih cepat.

Laser ultracepat menghasilkan serangkaian pulsa cahaya yang bertahan hingga femtodetik. Mereka dapat berfungsi sebagai sisir frekuensi untuk menyediakan referensi frekuensi dan waktu yang menjembatani gelombang mikro dan domain optik dari spektrum elektromagnetik.

Karena fase pulsa ini dapat dikontrol, ia memiliki berbagai aplikasi mulai dari mengatur keadaan kuantum materi hingga jam atom optik. Meskipun kemampuan laser ultracepat telah meningkat selama bertahun-tahun, mereka membutuhkan stabilitas integral dari resonator mode-locked.

Sekarang, para peneliti di Institut Nasional Standar dan Teknologi telah datang dengan pendekatan alternatif yang menghasilkan serangkaian pulsa optik tanpa penguncian mode. Mereka menyebutnya laser elektro-optik yang memancarkan nilai plus 100 kali lebih cepat daripada laser ultracepat tradisional. Pada dasarnya, ini adalah modulasi elektro-optik dari laser yang dikembangkan dengan elektronik umum.

Apa Bedanya dengan Laser Ultrafast?

Meskipun gagasan untuk membangun elektro-optik cukup sederhana dan teknologinya telah ada selama hampir 50 tahun, para ilmuwan belum dapat mengubah cahaya untuk memancarkan pulsa ultracepat sekaligus menghilangkan interferensi elektronik.

Biasanya, metode penguncian mode melibatkan pemantulan cahaya bolak-balik dalam rongga cermin sedemikian rupa sehingga gelombang saling mengganggu secara konstruktif untuk menghasilkan pulsa pendek. Namun, teknik baru ini bekerja pada mekanisme yang lebih kasar:teknik ini mengukir sinar laser terus menerus menjadi pulsa terpisah, mengurangi interferensi yang disebabkan oleh panas.

Saat sinyal memantul bolak-balik di dalam rongga, gelombang tetap muncul pada frekuensi tertinggi, menghalangi semua frekuensi lainnya. Stabilisasi dan filtrasi sinyal dilakukan di dalam rongga ini.

Lebih khusus lagi, mereka menggunakan laser inframerah (memancarkan gelombang kontinu) untuk menghasilkan pulsa dengan osilator yang distabilkan oleh rongga yang disesuaikan. Semua pulsa seragam dan melewati struktur pandu gelombang microchip untuk menghasilkan warna yang berbeda di sisir frekuensi.

Referensi:ScienceMag | doi:10.1126/science.aat6451 | NIST 

Sisir frekuensi optik digunakan sebagai sumber cahaya ultracepat tradisional. Sisir semacam itu dibuat dengan laser mode-locked yang menciptakan pulsa dari beberapa warna gelombang cahaya yang tumpang tindih satu sama lain dan membentuk hubungan antara gelombang mikro dan frekuensi optik. Laser elektro-optik, di sisi lain, menerapkan getaran elektronik pada laser inframerah, secara efisien membentuk pulsa menjadi cahaya.

Laser elektro-optik mengisolasi cahaya dari frekuensi tertentu untuk membentuk sisir frekuensi dengan warna berbeda | David Carlson/NIST

Laser mode-locked menghasilkan pulsa setiap 10 nanodetik, sedangkan laser elektro-optik hanya membutuhkan 100 picoseconds untuk menghasilkan satu pulsa (100 kali lebih cepat).

Aplikasi

Untuk membangun laser elektro-optik, para peneliti memilih untuk hanya menggunakan gelombang mikro dan instrumen telekomunikasi yang tersedia secara komersial. Ini membuat sistem lebih dapat diandalkan. Selain itu, stabilitas dan akurasinya cukup baik, sehingga cocok untuk sistem komunikasi yang lebih cepat dan pengukuran jaringan jam optik jangka panjang.

Baca:DARPA Akan Menggunakan Sumber Cahaya Laser Untuk Menghidupkan Pesawat Kecil Saat Terbang

Selain itu, jenis laser ini dapat digunakan dalam pencitraan biologis dan kimia untuk mempercepat jenis pencitraan jaringan/kimia tertentu. Misalnya, pencitraan hiperspektral yang biasanya membutuhkan waktu satu menit dapat dilakukan secara real-time.