Con la dimostrazione di un oscillatore laser a disco sottile sub-picosecondo che fornisce una potenza di uscita media record di 350 watt, i fisici dell'ETH di Zurigo stabiliscono un nuovo punto di riferimento e aprono la strada a laser ancora più potenti.

Le sorgenti laser ultraveloci sono al centro di una gamma in continua espansione di studi scientifici fondamentali e applicazioni industriali, dagli esperimenti di fisica ad alto campo con risoluzione temporale ad attosecondi alla lavorazione dei materiali con precisione micrometrica. Per spingere ulteriormente la busta, sono richieste velocità di ripetizione di diversi megahertz e potenze di uscita medie di centinaia di watt. Un percorso particolarmente interessante per realizzare tali impulsi laser ad alta potenza è generarli direttamente aumentando la potenza in uscita dagli oscillatori laser piuttosto che affidarsi a sistemi di amplificazione multistadio, che aggiungono un alto grado di complessità; la scalabilità della potenza porta a dispositivi robusti e potenzialmente convenienti. Segnalazione recente in Ottica Express , il gruppo di Ursula Keller presso l'Institute of Quantum Electronics ha ora portato l'approccio power-scaling a un nuovo livello. Presentano una sorgente che combina la semplicità e gli alti tassi di ripetizione degli oscillatori con una potenza di uscita media record da questo tipo di laser.

Il team dell'ETH ha lavorato con un cosiddetto oscillatore laser a disco sottile, dove il guadagno medio, il materiale in cui avvengono i processi quantistici che portano al laser, ha la forma di un disco di circa 100 micrometri di spessore. Questa geometria offre una superficie relativamente ampia, che a sua volta aiuta il raffreddamento. Ancora, gli effetti termici sono rimasti un grosso collo di bottiglia, e dal 2012 la potenza di uscita record era di 275 watt.

Ora, combinando diversi progressi nella tecnologia laser a disco sottile sviluppata dal gruppo Keller, dottorato di ricerca lo studente Francesco Saltarelli, il ricercatore senior Christopher Phillips e colleghi hanno raggiunto una potenza di uscita media di 350 watt, con impulsi lunghi solo 940 femtosecondi, trasportano un'energia di 39 microjoule e si ripetono a una velocità di 8,88 megahertz, valori di interesse immediato per applicazioni sia nella scienza che nell'industria.

Un aspetto chiave del lavoro è che i ricercatori hanno trovato un modo per consentire diversi passaggi del raggio della pompa attraverso il mezzo di guadagno senza infliggere effetti termici dannosi, e quindi per ridurre lo stress sui componenti interessati. La capacità di controllare gli effetti dovuti al riscaldamento ha aperto le porte per andare saldamente oltre il livello di 275 W e per stabilire il nuovo punto di riferimento. L'approccio ora sviluppato può essere portato anche oltre, tuttavia, e le potenze di uscita oltre i 500 watt sembrano realistiche. Con ulteriori miglioramenti, i ricercatori dell'ETH stimano, il livello di kilowatt potrebbe venire in vista.