L'Ultrafast Optical Processing Group dell'INRS (Institut national de la recherche scientifique) ha ridefinito i limiti e i vincoli per i laser pulsati ultraveloci. Come riportato in Fotonica della natura , i ricercatori del team del Prof. Roberto Morandotti hanno prodotto il primo laser pulsato a nanosecondi a modalità passiva bloccata, con un'ampiezza spettrale record e limitata alla trasformazione di 105 MHz, oltre 100 volte inferiore rispetto a qualsiasi laser con modalità bloccata fino ad oggi. Con un'architettura compatta, requisiti di alimentazione modesti, e la capacità unica di risolvere l'intero spettro laser nel dominio della radiofrequenza (RF), il laser apre la strada alla piena integrazione su chip per nuove implementazioni di rilevamento e spettroscopia.

I laser che emettono intensi treni di impulsi luminosi hanno permesso l'osservazione di numerosi fenomeni in molte diverse discipline di ricerca, e sono la base di esperimenti all'avanguardia nella fisica moderna, chimica, biologia, e astronomia. Però, intensità di impulso elevate con tassi di ripetizione bassi vanno a scapito di proprietà di rumore mediocri. È qui che entrano in gioco i sistemi laser a modalità bloccata passiva:sono la scelta ottimale per generare treni di impulsi ottici a basso rumore. Tali sistemi hanno, Per esempio, ha permesso di creare riferimenti di frequenza ottica stabili per la metrologia (Premio Nobel, 2005) così come impulsi ultra-corti intensi (cioè, impulsi a ciclo singolo nel regime ad attosecondi) per lo studio delle interazioni luce-materia ad alta intensità.

Sebbene siano state dimostrate molte tecniche di blocco della modalità, principalmente finalizzato a creare impulsi sempre più brevi con spettri più ampi, Finora sono stati compiuti pochi progressi nell'affrontare il problema opposto:la generazione di sorgenti pulsate stabili a larghezza di banda stretta di nanosecondi.

Nella loro ultima pubblicazione, il team di ricerca dell'INRS presenta una nuova architettura laser che sfrutta i recenti progressi nell'ottica delle microcavità non lineari, spingendo oltre i confini. Nello specifico, sfruttano il filtro a banda stretta caratteristico dei risonatori a micro-anello integrati che, oltre a consentire sfasamenti non lineari elevati, consentono di generare impulsi di nanosecondi tramite il blocco della modalità.

"L'uscita laser pulsata generata ha una larghezza di banda spettrale così stretta che è inaccessibile con gli analizzatori di spettro ottici all'avanguardia, "dice Michael Kues, borsista post-dottorato e principale autore dello studio. Per caratterizzare la larghezza di banda del laser, i ricercatori hanno invece utilizzato una tecnica di battitura ottica coerente. La larghezza di banda del laser da record ha reso possibile, per la prima volta, misurare le caratteristiche spettrali complete di un laser a modalità bloccata nel dominio RF utilizzando solo l'elettronica RF ampiamente disponibile e confermando, a sua volta, la forte coerenza temporale del laser.

Tali sorgenti pulsate stabili a banda stretta di nanosecondi sono desiderabili per molte applicazioni di rilevamento e microscopia, così come per l'eccitazione efficiente di atomi e molecole (tipicamente con larghezze di banda di eccitazione strette). Da un punto di vista fondamentale, il numero basso e gestibile di modalità laser ottiche, combinato con l'accessibilità RF dello spettro associato, rendono il laser di nuova concezione del team altamente favorevole a ulteriori studi sia dell'accoppiamento in modalità non lineare che dei complessi regimi di blocco della modalità.