Zarif bir modifikasyon, tek bir fiberdeki düşük gürültülü ‘beyaz lazerlerin’ menzilini iki katına çıkarır

Süper sürekli ışık kaynakları (geniş ve sürekli bir gökkuşağı rengi yaydıkları için genellikle “beyaz lazerler” olarak adlandırılır) gelişmiş tıbbi görüntülemeden çevresel gaz tespitine kadar her şey için temel araçlardır. Bununla birlikte, araştırmacılar tarihsel olarak sinir bozucu bir ödünleşimle karşı karşıya kalmıştır: Geniş bir spektrum, yüksek dalgalanmalar pahasına gelir ve bu da kullanımlarını etkili bir şekilde sınırlandırır.

Şimdi DTU Electro’daki bir araştırma ekibi bu sınırlamayı aşmanın zarif bir yolunu buldu.

Yeni yayınlanan bir çalışmada OptikEkip, ultra düşük gürültülü bir süper sürekli lazerin kullanılabilir dalga boyu aralığının nasıl iki katına çıkarılacağını gösterdi. Sistemleri başarılı bir şekilde 0,86 ila 2,90 mikrometre aralığını kapsıyor; şaşırtıcı derecede istikrarlı bir gürültü seviyesini korurken, benzer düşük gürültülü sistemlerle daha önce elde edilen spektral aralığı neredeyse iki katına çıkarıyor.

Geniş spektral kapsama alanını olağanüstü düşük gürültüyle birleştiren yeni kaynak, tıbbi görüntüleme, gaz algılama ve spektroskopi dahil olmak üzere zayıf optik sinyalleri tespit eden teknolojilerin hızını ve hassasiyetini artırabilir. Kısacası bu ilerleme, klinisyenlerin, çevre bilimcilerin ve endüstriyel kullanıcıların belirsiz şeyleri daha hızlı ve daha güvenilir bir şekilde bulmasına yardımcı olabilir.

Doktora sonrası araştırmacı ve ilk yazar Andrea Arduin, “Gösterdiğimiz şey, gürültünün bedelini ödemeden spektral genişliği önemli ölçüde artırabileceğinizdir ve bunu yalnızca tek bir fiberde yapıyoruz” diye açıklıyor.

“Hassasiyeti sınırlayan şey gürültüdür ve pratik uygulamaların doğal düşmanıdır. Işık dalgalanırsa zayıf sinyalleri tespit etmek zorlaşır. Gürültüyü düşük tutarak bu kaynakları çok daha kullanışlı hale getiriyoruz.”

Bırakın işi lif yapsın

İlerlemenin anahtarı, araştırmacıların termal dağılım mühendisliği adını verdikleri bir yöntemdir.

Normalde, ışık darbelerini şekillendirmek ve sıkıştırmak için farklı fiber türlerinin bir araya getirilmesi gerekir; bu da kayıplara neden olabilir ve sistemleri daha karmaşık ve daha az güvenilir hale getirebilir. Bunun yerine, DTU ekibi tek bir optik fiberin küçük bir bölümünü ısıtarak değiştirdi.

Fiberin kısa bir bölümünün ısıtılması, fiberin iç özelliklerini ustaca değiştirerek içinden geçen ışığı yeniden şekillendirmesine olanak tanıdı. Ortaya çıkan daha kısa, daha yoğun darbeler, oldukça kararlı kalırken çok daha geniş bir spektrum oluşturdu.

Arduin, “Aslında elyafın işi bizim için yapmasına izin verdik” diyor. “Özelliklerini dikkatlice şekillendirerek performansı çok temiz ve kontrollü bir şekilde artırabiliriz.”

Bu ilerleme, hem hassasiyetin hem de hızın önemli olduğu birçok alanda fark yaratabilir. Örneğin tıbbi görüntülemede daha sabit ışık, daha net görüntüler üretebilir ve tarama sürelerini azaltabilir. Çevresel gaz algılamada eser miktardaki kirletici maddelerin veya sera gazlarının daha hızlı tespit edilmesine olanak sağlayabilir.

Yeni kaynak aynı zamanda birçok molekülün güçlü spektral imzalar sergilediği kızılötesine de uzandığından, spektroskopik ve algılama uygulamaları için ek olasılıklar açıyor. Birçok molekülün bu dalga boyu aralığında ayırt edici optik imzaları vardır, bu da onları kimyasal analiz ve eser gazların tespiti için değerli kılar.

Bunun ötesinde araştırmacılar, çalışmayı fiber tasarımına yeni bir yaklaşımın göstergesi olarak görüyorlar. Yöntem daha geniş bir fırsat sunuyor: Giderek daha karmaşık hale gelen optik sistemler oluşturmak yerine, bazı işlevler doğrudan fiberin kendisine dahil edilebilir.

Arduin, “Sonuçlarımızla ilgili özellikle heyecan verici bulduğum şey, yalnızca rekor kıran bir performans sergilemekle kalmayıp, bunu zarif bir numarayla yapmamızdır. Bu benim içimdeki ineği memnun ediyor ve şimdi aynı yaklaşımın diğer dalga boylarına ve fiber sistemlere uygulanıp uygulanamayacağını araştırıyoruz” diyor Arduin.