UCF opracowuje pierwszy na świecie impuls optyczny

Orlando, grudzień 2021 – Zespół z UCF opracował pierwszy na świecie oscyloskop optyczny, instrument zdolny do pomiaru pola elektrycznego światła. Urządzenie przekształca drgania światła w sygnały elektryczne, podobnie jak monitory szpitalne przekształcają bicie serca pacjenta w drgania elektryczne.

Do tej pory odczytywanie pola elektrycznego światła było wyzwaniem ze względu na duże prędkości, z jakimi oscylują fale świetlne. Bardziej zaawansowane technologie, które zasilają naszą komunikację telefoniczną i internetową, mogą obecnie rejestrować pola elektryczne o częstotliwościach do gigaherców – obejmując zakresy radiowe i mikrofalowe widma elektromagnetycznego. Fale świetlne oscylują z dużo większą szybkością, umożliwiając przesyłanie większej gęstości informacji. Jednak obecne narzędzia do pomiaru pól świetlnych mogą tylko rozwiązywać średni sygnał związany z „impulsem” światła, a nie szczyty i doliny w impulsie. Pomiar tych szczytów i dolin w ramach pojedynczego impulsu jest ważny, ponieważ w tej przestrzeni informacje mogą być pakowane i dostarczane.

„Komunikacja światłowodowa wykorzystuje światło do przyspieszania, ale nadal jesteśmy ograniczeni funkcjonalnie przez prędkość oscylacji” – mówi profesor fizyki Michael Cheney, który pracował nad badaniami na UCF. „Nasz oscyloskop optyczny może być w stanie zwiększyć tę prędkość o współczynnik około 10 000”.

Wyniki zespołu zostały opublikowane w biuletynie z tego tygodnia Fotonika przyrody czasopismo.

Zespół opracował urządzenie i zademonstrował jego zdolność do pomiaru w czasie rzeczywistym pól elektrycznych poszczególnych impulsów laserowych w Chini Lab w UCF. Następnym krokiem zespołu jest sprawdzenie, jak daleko mogą przesunąć ograniczenia prędkości dla tej technologii.

Głównym autorem artykułu jest naukowiec podoktorancki UCSD Yang Yang Liu. Inni autorzy to Fizyka Wczoraj Jonathan Nesper ’19’ 21MS, kto to dostał Licencjat z matematyki i Magister fizyki; Shima Ghulam-Mirzai „18MS” 20 dr; oraz John E. Bittar ’15’ 17MS’ 20PhD.

Ghulam Mirzai jest obecnie badaczem podoktoranckim w Attosund Joint Science Laboratory w National Research Council of Canada oraz University of Ottawa and Beitar, a także kończy studia podoktoranckie na UC Berkeley.

Chini wpadł na pomysł schematu pomiaru przebiegu pojedynczego strzału i nadzorował zespół badawczy. Liu kierował pracami eksperymentalnymi i wykonał większość pomiarów i symulacji. Beetar wspomagał pomiary zależności fazowej otoczki nośnej. Nesper i Ghulam Mirzai pomogli zbudować eksperymentalny układ i zebrać dane. Wszyscy autorzy wnieśli wkład w analizę danych i napisali artykuł w czasopiśmie.

Prace były finansowane głównie z grantu Biura Badań Naukowych Sił Powietrznych pod numerem FA9550-20-1-0284, natomiast Ghulam Mirzai był wspierany przez Biuro Badań Wojskowych pod numerem W911NF-19-1-0211.