Le sorgenti laser ultraveloci scalabili in potenza nell'infrarosso a onde medie (MWIR) sono un elemento chiave per la ricerca di base e le applicazioni nella lavorazione dei materiali e nella medicina. Gli amplificatori ottici basati sull'amplificazione dell'impulso chirped (CPA) vengono utilizzati per generare impulsi ad alta intensità, una tecnica premiata con il Premio Nobel per la fisica nel 2018. Nello schema CPA, un debole impulso seme temporaneamente allungato viene amplificato ad alta energia in un amplificatore laser e infine ricompresso risultando in un impulso ultracorto di intensità molto elevata. Applicando questo concetto è stato sviluppato un nuovo sistema presso MBI che fornisce impulsi di pochi ps a una lunghezza d'onda di 2 μm con potenza di picco oltre 10 GW (10 miliardi di watt) a una frequenza di ripetizione di 1 kHz. Gli impulsi emessi sono caratterizzati da un'eccellente stabilità e da una brillante qualità del raggio. I risultati sono riportati nell'ultimo numero di Lettere di ottica .

Gli amplificatori principali del sistema CPA da 2 μm sono basati su cristalli Ho:YLF e sono costituiti da un amplificatore rigenerativo altamente stabile e due amplificatori booster. Tutti sono azionati a temperatura ambiente e pompati da laser Tm:fibra ad onda continua con una potenza totale di 270 W. Partendo da una sorgente supercontinua da 2 μm gli impulsi seme vengono allungati e preamplificati e successivamente alimentati nell'Ho:Catena di amplificatori YLF. L'energia dell'impulso ricompressa dell'Ho:YLF CPA è pari a 52,5 mJ e rivela un'eccellente stabilità da impulso a impulso di <0,23% efficace. La stabilità dell'impulso a lungo termine insieme alla qualità del raggio, misurato per essere migliore di un M2 di 1.2, è presentato in Fig. 1. Lo spettro emesso centrato a 2050 nm con una larghezza di banda di 3,5 nm (FWHM) supporta una durata dell'impulso limitata alla trasformata di Fourier di circa 1,7 ps. Dopo l'amplificazione gli impulsi vengono ricompressi in una disposizione a reticolo di tipo Treacy con un'efficienza> 93%. La traccia di autocorrelazione registrata mostra un FWHM di 4,1 ps. Ciò corrisponde a una durata dell'impulso principale di 2,4 ps (FWHM) con un contenuto energetico stimato dell'85%, traducendo in 17 GW di potenza di picco. Quest'ultimo e l'energia dell'impulso di> 50 mJ rappresentano i valori più alti mai raggiunti per impulsi di pochi ps a una lunghezza d'onda di 2 μm.

Questa sorgente è attualmente applicata come pompa in un sistema per la generazione di impulsi di pochi cicli intorno a 5 μm con energie multi-millijoule. Applicazioni in ottica non lineare, la spettroscopia e l'elaborazione dei materiali sono in corso.