Il diamante è un materiale particolarmente interessante per questo tipo di laser per due ragioni fondamentali. La sua elevata conduttività termica significa che è possibile realizzare laser in miniatura che hanno contemporaneamente elevata stabilità e alta potenza. La velocità del suono è anche molto più alta rispetto ad altri materiali. Ciò conferisce al laser una capacità secondaria di sintetizzare direttamente le frequenze nella banda delle onde millimetriche difficile da raggiungere.

In un articolo pubblicato su Fisica Applicata Lettere Fotonica questa settimana, i ricercatori mostrano che l'interazione luce-suono è particolarmente forte nel diamante, e hanno dimostrato il primo laser Brillouin da banco che utilizza il diamante.

Questo risultato è un passo avanti in quanto fornisce un approccio altamente pratico ai laser Brillouin con una gamma di prestazioni notevolmente aumentata. A differenza dei precedenti laser Brillouin, la versione a diamante ha funzionato senza dover confinare le onde ottiche o sonore in una guida d'onda per migliorare l'interazione. Ciò significa che i laser Brillouin possono essere ridimensionati più facilmente e con una flessibilità molto maggiore per controllare le proprietà del laser e aumentare la potenza.

Diamond offre un nuovo modo per iniziare a sfruttare le proprietà uniche dei laser Brillouin. Solo una piccolissima quantità di energia di scarto viene depositata nel materiale fonoassorbente. Ciò porta a una serie di funzioni tra cui la generazione del raggio con frequenza di uscita ultra pura e stabile, la generazione di nuove frequenze, e potenzialmente, laser ad altissima efficienza.

Rich Mildren della Macquarie University afferma:"Questo sviluppo fornisce un nuovo percorso verso laser ad alta potenza che sono estremamente efficienti e hanno proprietà di frequenza squisite come il rumore a bassa fase e la larghezza della linea stretta. Queste sono proprietà necessarie per le applicazioni che richiedono i più alti standard di rumore- proprietà di frequenza libera, come il rilevamento ultrasensibile delle onde gravitazionali o la manipolazione di grandi matrici di qubit nei computer quantistici".

Un altro risultato innovativo è che il diamante può sintetizzare frequenze molto pure oltre la banda delle microonde. Come conseguenza dell'altissima velocità del suono nel diamante, 18 km/s, la distanza di frequenza tra il raggio della pompa in ingresso e la linea laser è molte volte superiore rispetto ad altri materiali. Questa proprietà può essere utilizzata per generare frequenze nella banda delle onde millimetriche (30-300 GHz) utilizzando una tecnica chiamata foto-mixing. La sintesi laser Brillouin di queste frequenze è importante perché esiste un meccanismo intrinseco che riduce il rumore di frequenza ai livelli richiesti dai radar di nuova generazione e dai sistemi di comunicazione wireless. Questa è stata una grande sfida per l'elettronica o altri schemi di generazione basati sulla fotonica.

Il lavoro finora ha quantificato la forza dell'interazione luce-suono nel diamante, un parametro fondamentale per prevedere il design e le prestazioni future. Ha anche dimostrato un pratico dispositivo con oltre 10 W di potenza.

Dottor Zhenxu Bai, condurre il dottorato di ricerca studente sul progetto, afferma "Ora possiamo iniziare a pensare al design dei laser Brillouin in un modo nuovo, piuttosto che come un fenomeno limitato a piccole strutture a onde guidate o come un effetto dannoso nei laser in fibra".

Gli autori stanno concentrando il loro lavoro futuro sull'espansione della gamma di capacità laser dimostrando laser con i livelli più elevati di purezza di frequenza e potenza necessari per supportare i futuri progressi nella scienza quantistica, comunicazioni e rilevamento wireless.