Gepulseerde lasers zenden herhaaldelijk licht uit voor een korte tijd alsof ze knipperen. Ze hebben het voordeel dat ze meer energie focusseren dan een continue golflaser, waarvan de intensiteit in de loop van de tijd onveranderd blijft. Als digitale signalen worden geladen in een gepulseerde laser, kan elke puls één bit aan gegevens coderen. In dit opzicht geldt: hoe hoger de herhalingssnelheid, hoe meer gegevens kunnen worden verzonden. Conventionele op optische vezels gebaseerde gepulste lasers hebben echter typisch een beperking in het verhogen van het aantal pulsen per seconde boven het MHz-niveau.
Het Korea Institute of Science and Technology (KIST) kondigde aan dat het onderzoeksteam onder leiding van senior onderzoeker Dr.Yong-Won Song van het Center for Opto-Electronic Materials and Devices in staat was laserpulsen te genereren met een snelheid die minstens 10.000 keer hoger ligt dan het nieuwste van het nieuwste. Deze prestatie werd bereikt door een extra resonator met grafeen in te voegen in een vezeloptische pulserende laseroscillator die werkt in het domein van femtoseconden (10-15 seconden). De datatransmissie- en verwerkingssnelheden zullen naar verwachting aanzienlijk toenemen door deze methode toe te passen op datacommunicatie.
Het KIST-onderzoeksteam merkte op dat de kenmerken van de golflengte en intensiteit van laserlicht die in de loop van de tijd veranderen, gecorreleerd zijn (Fourier-transformatie). Als een resonator in de laseroscillator wordt ingebracht, wordt de golflengte van de gepulseerde laser periodiek gefilterd, waardoor het patroon van verandering van de laserintensiteit wordt gewijzigd. Op basis van dit achtergrondonderzoek synthetiseerde hoofdonderzoeker Song grafeen, dat de eigenschappen heeft van het absorberen en elimineren van zwak licht en het versterken van de intensiteit door alleen sterk licht in de resonator te laten vallen. Hierdoor kan de verandering van de laserintensiteit nauwkeurig worden geregeld met een hoge snelheid, en dus kan de herhalingssnelheid van pulsen worden verhoogd tot een hoger niveau.
Bovendien wordt grafeen typisch gesynthetiseerd op het oppervlak van een katalytisch metaal, en vervolgens wordt het product gescheiden van de katalysator en overgebracht naar het oppervlak van een gewenst substraat. In dit proces is er meestal het probleem geweest dat grafeen is beschadigd of dat er onzuiverheden zijn geïntroduceerd. Het eerder genoemde KIST-onderzoeksteam loste het probleem op van verminderde efficiëntie tijdens het fabricageproces door grafeen direct op het oppervlak van een koperdraad te vormen, dat gemakkelijk verkrijgbaar is, en de draad verder te bedekken met een optische vezel voor gebruik als resonator.
Als resultaat was het mogelijk om een herhalingssnelheid van 57,8 GHz te verkrijgen, waardoor de beperkingen van gepulseerde lasers in termen van herhalingssnelheid, doorgaans beperkt tot MHz, worden overwonnen. Bovendien werd de eigenschap van grafeen, zodat warmte lokaal wordt gegenereerd wanneer de laser wordt geabsorbeerd, benut om de eigenschappen van de grafeenresonator af te stemmen door een extra laser op het apparaat aan te brengen.
Onderzoeker Seong-Jae Lee bij KIST zei: “In het huidige scenario, waarin de vraag naar dataverkeer exponentieel toeneemt, wordt verwacht dat ultrasnelle gepulseerde lasers die op ultrahoge snelheid werken en afstemmingskarakteristieken toelaten, een nieuwe benadering bieden om aan te passen aan dit snel veranderende gegevensverwerkingsscenario. ” Principal Researcher Song, die dit onderzoek heeft geleid, voegde toe: “We verwachten dat de ontwikkeling van ultrasnelle gepulseerde lasers op basis van resonatoren en grafeen ons leiderschap zal opleveren in technologieontwikkeling en aanverwante markt op het gebied van op nanomaterialen gebaseerde optische informatieapparatuur. ”
Sungjae Lee et al, Graphene Self-Phase-Lockers gevormd rond een Cu-draadhub voor ringresonatoren opgenomen in 57,8 Gigahertz vezelpulslasers, ACS Nano (2020). DOI: 10.1021 / acsnano.0c07355
ACS Nano
Geleverd door National Research Council of Science & Technology