I laser pulsati ad alta velocità di ripetizione servono un'ampia gamma di applicazioni, dalle comunicazioni ottiche alla fotonica a microonde e oltre. La generazione di treni di impulsi ottici ultracorti comporta comunemente fasi di blocco delle modalità della cavità laser longitudinale. Nel 1997, è stato dimostrato un meccanismo basato sulla miscelazione dissipativa a quattro onde (DFWM) con componenti chiave che comprendono filtri a pettine ed elementi ad alta non linearità. Da allora, dimostrazioni di treni di impulsi ad alta frequenza di ripetizione che adottano DFWM hanno sfruttato vari tipi di filtri a pettine e componenti non lineari.

Nel 2012, Peccianti et al. ha proposto un laser a fibra ultraveloce stabile a 200 GHz basato su un risonatore a microanello di silice che funge da filtro a pettine integrato per aumentare il blocco della modalità DFWM. Ma lo schema della silice è costoso e comporta la perdita di accoppiamento tra la fibra e la guida d'onda della silice. Perciò, un risonatore interamente in fibra a basso costo per la generazione di impulsi laser ad alta frequenza di ripetizione utilizzando DFWM rimane altamente desiderabile. Tuttavia, l'assenza di una forte non linearità nelle fibre ottiche standard è stata una barriera significativa all'attivazione della generazione di impulsi brevi ad alta frequenza di ripetizione, fino ad ora.

Risuonatore di nodi in microfibra plasmonica ibrido

Un team di ricercatori dell'Università di Nanchino e dell'Università di Shanghai ha recentemente dimostrato un nuovo approccio per ottenere stabilità, impulsi laser ad alta velocità di ripetizione tramite DFWM, basato su un nuovo dispositivo in microfibra:un risonatore di nodi in microfibra plasmonica ibrido (HPMKR). La loro ricerca ad accesso aperto appare nell'ultimo numero di Fotonica avanzata .

Dato il loro forte campo evanescente, bassa perdita di inserzione, e compatibilità con i sistemi ottici interamente in fibra, i dispositivi basati su microfibra sono ampiamente utilizzati, specialmente per i risonatori in microfibra. Con un diametro notevolmente ridotto e un rivestimento d'aria, le microfibre affusolate mostrano un'elevata non linearità rispetto alle comuni fibre monomodali (SMF). Per esempio, si calcola che il coefficiente non lineare di un pezzo di microfibra con diametro di 2 μm sia circa 50 volte quello dell'SMF standard (a 1550 nm).

Il dispositivo chiave del lavoro, l'HPMKR, include un risonatore di nodi formato da microfibra affusolata che è attaccato a un substrato di vetro con una superficie dorata e quindi confezionato con polimero di polidimetilsilossano (PDMS). I pratici fattori Q dei comuni risonatori in microfibra sono ben al di sotto di 10 ⁴ ma in questo lavoro Q è stato ottimizzato fino a quasi 10 ⁶ sperimentalmente. I forti polaritoni plasmonici di superficie introdotti dall'attacco sottile dell'oro fanno sì che il dispositivo mostri caratteristiche polarizzanti prominenti; è stata raggiunta una perdita massima dipendente dalla polarizzazione (PDL) di 19,75 dB.

Laser HPMKR

In un passaggio successivo, il dispositivo HPMKR è stato incorporato in una cavità laser a fibra ad anello standard. Il grande PDL di HPMKR ha portato alla rotazione di polarizzazione non lineare (NPR) all'interno della cavità laser, producendo impulsi Q-switched o mode-locked con grande potenza istantanea per compensare non linearità relativamente basse ed eccitare DFWM nella microfibra. Per il suo ruolo versatile nei laser in fibra, i ricercatori hanno chiamato lo schema laser "DFWM stimolato da NPR".

L'HPMKR non è solo un elemento polarizzante a banda larga, ma anche un filtro di alta qualità e un elemento non lineare. Il laser oscilla in netto contrasto con tutti i precedenti schemi DFWM, dove viene eliminata la necessità di elementi non lineari estremamente elevati. Il dispositivo abbassa efficacemente la barra per raggiungere DFWM, eliminando la complessità che ostacolava la fabbricazione di dispositivi ad alto Q (milioni). È stato ottenuto un treno di impulsi stabile con velocità di ripetizione da 41,2 a 144,3 GHz a 1550 nm.

La ricerca innovativa consente potenziali applicazioni di risonatori in microfibra avanzati nei campi dell'ottica laser e non lineare, in particolare grazie alla struttura succinta dell'HPMKR e alla compatibilità con tutte le fibre.