Lumină vizibilă sub 20 de femtosecundesursă laser pulsată reglabilă
Recent, o echipă de cercetare din Marea Britanie a publicat un studiu inovator, anunțând că a dezvoltat cu succes un dispozitiv reglabil pentru lumina vizibilă, de nivel megawatic, sub 20 de femtosecunde.sursă laser pulsatăAceastă sursă laser pulsată, ultrarapidălaser cu fibrăSistemul este capabil să genereze impulsuri cu lungimi de undă reglabile, durate ultra-scurte, energii de până la 39 de nanojouli și puteri de vârf care depășesc 2 megawați, deschizând noi perspective de aplicații în domenii precum spectroscopia ultrarapidă, imagistica biologică și procesarea industrială.
Punctul culminant al acestei tehnologii constă în combinarea a două metode de ultimă generație: „Amplificarea neliniară cu amplificare gestionată (GMNA)” și „Emisia de unde dispersive rezonante (RDW)”. În trecut, pentru a obține astfel de impulsuri ultrascurte reglabile de înaltă performanță, erau de obicei necesare lasere titan-safir scumpe și complexe sau amplificatoare parametrice optice. Aceste dispozitive nu erau doar costisitoare, voluminoase și dificil de întreținut, ci erau și limitate de rate de repetiție și intervale de reglare scăzute. Soluția integrală cu fibră dezvoltată de data aceasta nu numai că simplifică semnificativ arhitectura sistemului, dar reduce considerabil costurile și complexitatea. Aceasta permite generarea directă de impulsuri de putere mare sub 20 femtosecunde, reglabile la 400 până la 700 nanometri și peste, la o frecvență de repetiție ridicată de 4,8 MHz. Echipa de cercetare a realizat această descoperire printr-o arhitectură de sistem proiectată cu precizie. În primul rând, au utilizat un oscilator cu fibră de yterbiu cu mod blocat, care păstrează complet polarizarea, bazat pe oglindă inelară de amplificare neliniară (NALM) ca sursă de pornire. Acest design nu numai că asigură stabilitatea pe termen lung a sistemului, dar evită și problema degradării cauzate de absorbanții saturați fizici. După preamplificare și compresia impulsurilor, impulsurile de tip „seed” sunt introduse în etapa GMNA. GMNA utilizează modulația de fază proprie și distribuția asimetrică longitudinală a câștigului în fibrele optice pentru a obține lărgirea spectrală și a genera impulsuri ultrascurte cu un chirp liniar aproape perfect, care sunt în final comprimate la sub 40 femtosecunde prin perechi de grilaj. În etapa de generare RDW, cercetătorii au folosit fibre cu miez gol anti-rezonanță cu nouă rezonatoare, proiectate și fabricate de ei înșiși. Acest tip de fibră optică are pierderi extrem de mici în banda impulsurilor de pompă și în regiunea luminii vizibile, permițând convertirea eficientă a energiei de la pompă la unda dispersată și evitând interferențele cauzate de banda rezonantă cu pierderi mari. În condiții optime, energia impulsurilor undei de dispersie produsă de sistem poate ajunge la 39 nanojouli, cea mai scurtă lățime a impulsului poate ajunge la 13 femtosecunde, puterea de vârf poate ajunge la 2,2 megawați, iar eficiența conversiei energiei poate ajunge la 13%. Și mai interesant este faptul că, prin ajustarea presiunii gazului și a parametrilor fibrei, sistemul poate fi extins cu ușurință la benzile ultraviolete și infraroșii, realizând o reglare în bandă largă de la ultraviolet profund la infraroșu.
Această cercetare nu numai că are o importanță semnificativă în domeniul fundamental al fotonicii, dar deschide și o nouă situație pentru domeniile industriale și de aplicații. De exemplu, în domenii precum imagistica prin microscopie multi-fotonică, spectroscopia ultrarapidă cu rezoluție temporală, procesarea materialelor, medicina de precizie și cercetarea opticii neliniare ultrarapide, acest nou tip de sursă de lumină ultrarapidă, compactă, eficientă și cu cost redus, va oferi utilizatorilor instrumente și flexibilitate fără precedent. În special în scenariile care necesită rate de repetiție mari, putere de vârf și impulsuri ultrascurte, această tehnologie este, fără îndoială, mai competitivă și are un potențial de promovare mai mare în comparație cu sistemele tradiționale de amplificare parametrică optică sau titan-safir.
În viitor, echipa de cercetare intenționează să optimizeze în continuare sistemul, cum ar fi integrarea arhitecturii actuale care conține mai multe componente optice în spațiu liber în fibrele optice sau chiar utilizarea unui singur oscilator Mamyshev pentru a înlocui combinația actuală de oscilator și amplificator, pentru a realiza miniaturizarea și integrarea sistemului. În plus, prin adaptarea la diferite tipuri de fibre anti-rezonanță, introducerea gazelor active Raman și a modulelor de dublare a frecvenței, se așteaptă ca acest sistem să fie extins la o bandă mai largă, oferind soluții laser ultrarapide, cu bandă largă, integrală în fibră optică, pentru domenii multiple, cum ar fi ultravioletul, lumina vizibilă și infraroșul.
Figura 1. Schema de reglare a laserului pulsat
Data publicării: 28 mai 2025