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Impulsi oscuri dal laser Quantum-Dot
Quando pensi a un laser, probabilmente immagini un raggio di luce continuo. Ma molti laser emettono impulsi di luce incredibilmente intensi e brevi: questi laser pulsati sono utilizzati nei dispositivi medici e di laboratorio e nelle apparecchiature industriali. Ora, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di laser pulsato che utilizza punti quantici per emettere raffiche non di luce, ma di oscurità, un trucco che potrebbe rivelarsi utile per la comunicazione ottica e l'analisi chimica rapida.
Riaccendi, spegni di nuovo: Il laser a impulsi scuri, che utilizza punti quantici, è visto qui come la striscia sottile attaccata ai fili.
Il nuovo laser a impulsi scuri è stato sviluppato dagli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dall'istituto di ricerca JILA a Boulder, CO. Il laser NIST emette luce punteggiata da brevissimi lampi di oscurità. Pensalo come un laser a onda continua, tranne che con un otturatore molto veloce, dice Richard Mirin , uno scienziato del NIST.
Questo otturatore crea impulsi scuri che durano 90 picosecondi. Questa velocità di funzionamento potrebbe aiutare gli scienziati a sondare reazioni chimiche e biologiche ultraveloci. Un laser a impulsi oscuri potrebbe anche essere utilizzato in uno schema di telecomunicazione in fibra ottica in cui le informazioni verrebbero codificate come impulsi oscuri, che tendono a essere in grado di percorrere lunghe distanze senza degradare la qualità.
Gli impulsi sono generati da punti quantici all'interno di un chip costituito da strati ultrasottili di materiali semiconduttori. Un calo periodico di intensità di circa il 70 percento è causato da una mancata corrispondenza nella velocità con cui i punti quantici e i materiali circostanti interagiscono con la corrente elettrica e i fotoni prodotti internamente. I laser a semiconduttore si trovano già nei sistemi di telecomunicazione, nei lettori DVD e nei puntatori laser. Ma questo design laser è diverso in quanto utilizza punti quantici, strutture delle dimensioni di un atomo che emettono luce quando eccitate, per produrre impulsi oscuri.
Mirin del NIST afferma che il gruppo inizialmente voleva realizzare un laser a impulsi luminosi usando punti quantici. I punti quantici possono essere utilizzati per realizzare laser con un'ampia gamma di colori. Si scopre che il processo di scoperta ci ha portato a qualcosa di interessante con questa particolare configurazione [quantum dot], dice.
Dirk Englund , professore di ingegneria elettrica e fisica applicata alla Columbia University, afferma che gli impulsi oscuri creati dagli scienziati del NIST e della JILA sono simili a ben note quasi-particelle chiamate solitoni oscuri. I solitoni regolari sono impulsi di luce che passano attraverso uno speciale materiale ottico che impedisce loro di disperdersi o perdere energia a distanza. I solitoni oscuri sono l'assenza di energia in uno sfondo a fascio continuo, afferma Englund.
Ma è difficile generare solitoni oscuri, motivo per cui la tecnica non è stata utilizzata nelle telecomunicazioni, afferma Mirin. La configurazione è complicata e talvolta viene prodotto solo un singolo solitone oscuro. Il nuovo laser a impulsi scuri rende più facile produrre un effetto di tipo solitonico, afferma Mirin.
Sebbene non sembri che questi impulsi oscuri siano in realtà solitoni, afferma Englund, sono simili e potrebbero rivelarsi utili nelle comunicazioni e nelle applicazioni di misurazione ottica.
È troppo presto per promettere che gli impulsi oscuri rivoluzioneranno le telecomunicazioni, afferma Mirin. Poiché i sistemi di comunicazione odierni utilizzano impulsi luminosi luminosi, le fibre ottiche sono state progettate per ridurre la quantità di energia persa a causa della dispersione, il che significa che gli impulsi oscuri non potrebbero viaggiare in modo efficace lungo la fibra esistente. I laser a impulsi oscuri avrebbero bisogno di un proprio tipo di fibra appositamente progettato. Tuttavia, è incoraggiato dal fatto che la scoperta di una fonte compatta e affidabile di impulsi oscuri potrebbe aprire nuove aree di ricerca.