Mikrokammar kan hjälpa oss att upptäcka planeter utanför vårt solsystem och spåra nya sjukdomar i våra kroppar. Men än så länge är mikrokammar för ineffektiva för att nå sin fulla potential. Nu är forskare vid Chalmers tekniska högskola först i världen med att komma på en lösning som gör mikrokammar tio gånger mer effektiva. Genombrottet öppnar upp för nya upptäckter i rymden och sjukvården och banar väg för högpresterande lasrar i en rad andra teknologier.
Laserfrekvenskammar kan mäta frekvenser med revolutionerande precision och ses som det mest banbrytande tekniska framsteget på området sedan laserns födelse. Enkelt uttryckt kan en mikrokam liknas vid en linjal av ljus. Principen bygger på att en laser sänder fotoner som cirkulerar inuti ett litet hålrum, en så kallad mikroresonator, där ljuset delas upp i ett brett spektrum av frekvenser. Dessa frekvenser är exakt placerade i förhållande till varandra, som markeringarna på en linjal. På så vis kan en ny typ av ljuskälla skapas bestående av hundratals – eller till och med tusentals – frekvenser, som lasrar som strålar unisont.
Eftersom praktiskt taget alla optiska mätningar är kopplade till ljusfrekvenser har mikrokammen en mängd tillämpningar – från kalibreringsinstrument som mäter signaler på ljusårsavstånd i rymden i sökandet efter exoplaneter, till att hålla koll på vår hälsa via luften vi andas ut.
Oöverträffad, banbrytande effektivitet
Ett grundläggande problem med mikrokammar hittills är att de är för ineffektiva för att kunna tillämpas tekniskt på en bredare front i samhället. Effektöverföringen från lasern till mikrokammen är för svag, vilket innebär att endast en bråkdel av effekten i laserstrålen kan tillgodogöras. Men nu har ett forskarlag från Chalmers lyckats utveckla en metod som tiodubblar effekten hos mikrokammens laserstrålar.
– Vi har utvecklat en ny metod som bryter mot vad som tidigare troddes vara en grundläggande gräns för optisk konverteringseffektivitet. Vår metod ökar solitonmikrokammens laserkraft tio gånger och ökar effektiviteten från cirka 1 procent till över 50 procent, säger Victor Torres Company, professor i fotonik på Chalmers.
Den nya metoden använder två mikroresonatorer, i stället för en. Tillsammans bildar de en unik ensemble med egenskaper som är större än summan av dess delar. En av resonatorerna gör det möjligt för ljuset som kommer från lasern att kopplas till den andra resonatorn - lite som en antireflexbehandling.
Banar väg för högpresterande lasrar inom en rad olika teknologier
Metoden är beskriven i en artikel publicerad i Nature Photonics och öppnar upp för helt nya användningsområden för högpresterande lasrar. Teknologin patenterades nyligen av projektets forskare som har grundat företaget Iloomina AB, i syfte att lansera tekniken på en bredare marknad.
– De nya mikrokammarna har transformativ potential eftersom de gör högpresterande laserteknik tillgänglig för många fler marknader. Till exempel kan frekvenskammar användas i lidar-moduler för autonom körning, eller i GPS-satelliter och miljöavkännande drönare, eller i datacenter för att möjliggöra bandbreddskrävande AI-appar, säger Torres Company.
För mer information om forskningsprojektet och studien, vänligen kontakta:
Victor Torres Company,
torresv@chalmers.se
+46-31-772 19 04
Mer information:
Studien har genomförts av forskarna Óskar B. Helgason, Marcello Girardi, Zhichao Ye, Fuchuan Lei, Jochen Schröder och Victor Torres Company vid avdelningen för fotonik vid Institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap vid Chalmers tekniska högskola.
Läs studien "Surpassing the nonlinear conversion efficiency of soliton microcombs" publicerad i Nature Photonics
Forskningsprojektet finansierades av: Europeiska forskningsrådet och Vetenskapsrådet.
- Biträdande professor, Fotonik, Mikroteknologi och nanovetenskap