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ダイヤモンドはレーザーポインターの1種の特に面白い材料であり、主に2つの原因がある:ダイヤモンドの高熱伝導率は高い安定性と高出力を同時に持つマイクロレーザーを製造する可能性があることを意味し、他の材料と比べて、ダイヤモンドの音伝播速度もはるかに高く、これはレーザーに到達しにくいミリ波帯で、直接周波数を合成する副次的な能力を提供する。『応用物理速報・フォトニクス』誌に発表された研究では、ダイヤモンド中の光音響相互作用が特に強いことが明らかになった。


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研究者はまた、ダイヤモンドを使用した最初の卓上Brillouinレーザを示した。この結果はBrillouinレーザに非常に実用的な方法を提供し、性能範囲を大幅に向上させたため、ブレークスルーである。初期のBrillouinレーザと比べて、ダイヤモンドバージョンのレーザは、導波路中の光波や音波を制限して相互作用を強化する必要はありません。これは、Brillouinレーザがサイズ的により容易にスケーリングでき、レーザ特性を制御し、パワーを増加させる上でより柔軟性があることを意味している。


ダイヤモンドはBrillouinレーザの独自の特性の開発を開始するための新しい方法を提供した。音響担持材料中に堆積できるのはごく少量の廃棄物のみである。これは、超純粋で安定な出力周波数を有するビーム生成、新しい周波数の生成、および潜在的に異常な高効率を有するレーザを含む一連の機能をもたらす。

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マッコーリー大学のリッチ・ミルドレン(Rich Mildren)氏は、この発展は高出力レーザへの新しいルートを提供している。このレーザは効率が極めて高く、低位相ノイズや狭線幅などの微妙な周波数特性を持っている。これらの特性は、超感度引力波検出や量子コンピュータ内の大型量子ビットアレイの操作など、ノイズのない周波数特性に対して最高基準を要求するために必要な特性である。

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もう1つの画期的な成果は、ダイヤモンドがマイクロ波帯を超えて非常に純粋な周波数を合成できることである。ダイヤモンドの中の音速は非常に高く、18 km/秒に達し、空気伝播速度よりもはるかに高いため、入力ポンプビームとレーザー線の間の周波数間隔は、他の材料の周波数間隔よりも何倍も高い。この特性は、光混合と呼ばれる技術によってミリ波帯(30〜300 GHz)に周波数を生成するために使用することができる。

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Brillouinレーザ合成は、エレクトロニクスまたは他の光子発電方式に基づく主な課題である次世代レーダおよび無線通信システムに必要なレベルまで周波数ノイズを低減する内在的なメカニズムがあるため、これらの周波数を合成することが重要である。これまで、この研究はダイヤモンドにおける光-音響相互作用の強度を定量化しており、これは将来の設計と性能を予測する基本パラメータであり、また10 W以上の電力を有する実用的な装置を実証した。

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このプロジェクトのチーフ博士課程生である白振旭博士は、小型導波構造に限定された現象や光ファイバレーザとしての有害な影響ではなく、Brillouinレーザの設計を新しい方法で考えることができるようになったと述べています。研究著者らは、量子科学、無線通信、センシング分野の将来の進歩を支援するために、より高い周波数純度と電力を持つレーザを示すレーザ能力の拡大に重点を置いている。

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