Llum visible sub-20 femtosegonsfont làser pulsada sintonitzable
Recentment, un equip de recerca del Regne Unit ha publicat un estudi innovador, anunciant que han desenvolupat amb èxit una emissió sintonitzable de llum visible de menys de 20 femtosegons a nivell de megawatts.font làser pulsadaAquesta font làser pulsada, ultraràpidalàser de fibraEl sistema és capaç de generar polsos amb longituds d'ona ajustables, durades ultracurtes, energies de fins a 39 nanojules i una potència màxima superior a 2 megawatts, obrint noves perspectives d'aplicació per a camps com l'espectroscòpia ultraràpida, la imatge biològica i el processament industrial.
El punt culminant d'aquesta tecnologia rau en la combinació de dos mètodes d'avantguarda: "Amplificació no lineal amb gestió del guany (GMNA)" i "Emissió d'ona dispersiva ressonant (RDW)". En el passat, per obtenir polsos ultracurts sintonitzables d'alt rendiment, normalment es requerien làsers de titani-safir o amplificadors paramètrics òptics cars i complexos. Aquests dispositius no només eren costosos, voluminosos i difícils de mantenir, sinó que també estaven limitats per les baixes taxes de repetició i els rangs d'afinació. La solució totalment de fibra desenvolupada aquesta vegada no només simplifica significativament l'arquitectura del sistema, sinó que també redueix considerablement els costos i la complexitat. Permet la generació directa de polsos d'alta potència de menys de 20 femtosegons, sintonitzables a 400 a 700 nanòmetres i més enllà, a una alta freqüència de repetició de 4,8 MHz. L'equip de recerca va aconseguir aquest avenç mitjançant una arquitectura del sistema dissenyada amb precisió. En primer lloc, van utilitzar un oscil·lador de fibra d'itterbi amb mode bloquejat que preserva completament la polarització basat en un mirall d'anell d'amplificació no lineal (NALM) com a font de llavor. Aquest disseny no només garanteix l'estabilitat a llarg termini del sistema, sinó que també evita el problema de degradació dels absorbents saturats físics. Després de la preamplificació i la compressió del pols, els polsos de llavors s'introdueixen a l'etapa GMNA. El GMNA utilitza la modulació d'autofase i la distribució asimètrica longitudinal del guany en fibres òptiques per aconseguir un eixamplament espectral i generar polsos ultracurts amb un xirp lineal gairebé perfecte, que finalment es comprimeixen a menys de 40 femtosegons a través de parells de reixeta. Durant l'etapa de generació RDW, els investigadors van utilitzar fibres de nucli buit antiressonant de nou ressonadors dissenyades i fabricades per ells mateixos. Aquest tipus de fibra òptica té una pèrdua extremadament baixa a la banda de pols de bombament i a la regió de llum visible, cosa que permet convertir l'energia de manera eficient de la bombament a l'ona dispersa i evita la interferència causada per la banda ressonant d'alta pèrdua. En condicions òptimes, l'energia del pols d'ona de dispersió que produeix el sistema pot arribar als 39 nanojules, l'amplada de pols més curta pot arribar als 13 femtosegons, la potència màxima pot arribar als 2,2 megawatts i l'eficiència de conversió d'energia pot arribar al 13%. Encara més emocionant és que, ajustant la pressió del gas i els paràmetres de la fibra, el sistema es pot estendre fàcilment a les bandes ultraviolada i infraroja, aconseguint una sintonització de banda ampla des de l'ultraviolat profund fins a l'infraroig.
Aquesta investigació no només té una importància significativa en el camp fonamental de la fotònica, sinó que també obre una nova situació per als camps industrials i d'aplicació. Per exemple, en camps com la imatge de microscòpia multifotònica, l'espectroscòpia resolta en el temps ultraràpida, el processament de materials, la medicina de precisió i la investigació d'òptica no lineal ultraràpida, aquest nou tipus de font de llum ultraràpida compacta, eficient i de baix cost proporcionarà als usuaris eines i flexibilitat sense precedents. Especialment en escenaris que requereixen altes taxes de repetició, potència màxima i polsos ultracurts, aquesta tecnologia és sens dubte més competitiva i té un major potencial de promoció en comparació amb els sistemes tradicionals d'amplificació paramètrica òptica o de titani-safir.
En el futur, l'equip de recerca té previst optimitzar encara més el sistema, com ara integrant l'arquitectura actual que conté múltiples components òptics d'espai lliure en fibres òptiques, o fins i tot utilitzant un únic oscil·lador de Mamyshev per substituir la combinació actual d'oscil·lador i amplificador, per tal d'aconseguir la miniaturització i la integració del sistema. A més, mitjançant l'adaptació a diferents tipus de fibres antiressonants, la introducció de gasos actius Raman i mòduls de duplicació de freqüència, s'espera que aquest sistema s'ampliï a una banda més àmplia, proporcionant solucions làser ultraràpides de banda ampla i totalment de fibra per a múltiples camps com l'ultraviolada, la llum visible i l'infraroig.
Figura 1. Diagrama esquemàtic de l'afinació del làser pulsat
Data de publicació: 28 de maig de 2025