I ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio che utilizza una singola cavità laser per creare due pettini di frequenza ottica ad alta potenza che emettono impulsi a femtosecondi ad alta potenza. Il nuovo sviluppo apre la strada a sorgenti luminose portatili a doppio pettine per applicazioni come la spettroscopia e la misurazione di precisione della distanza.

I pettini a frequenza ottica emettono uno spettro di colori, o frequenze, perfettamente distanziati come i denti di un pettine. Due di questi pettini di frequenza con frequenze di ripetizione degli impulsi leggermente diverse vengono spesso combinati per creare una configurazione a doppio pettine che emette un flusso di impulsi brevi.

Benjamin Willenberg dell'ETH di Zurigo in Svizzera presenterà il nuovo approccio all'OSA Laser Congress 2020 tutto virtuale, 13-16 ottobre. La presentazione avrà luogo venerdì, 16 ottobre alle 08:30 EDT.

"Il nostro approccio ci consente di generare una coppia di pettini di frequenza con un offset piccolo e passivamente stabile nella loro frequenza di ripetizione, " ha affermato Willenberg. "Questo risolve il problema di lunga data dell'elevata complessità dei sistemi a doppio pettine senza compromettere le prestazioni del laser. Le potenziali applicazioni di rilevamento includono la spettroscopia nel dominio del tempo per i test non distruttivi, rilevamento di tracce di gas per il monitoraggio industriale e ambientale, e laser che vanno per le applicazioni di visione artificiale."Combining Combs

Il treno di impulsi disponibile dai laser a doppio pettine è particolarmente utile per misurazioni spettroscopiche estremamente sensibili e veloci e per misurare con precisione le distanze tramite il raggio laser. Però, la necessità di due pettini stabilizzati più una complessa elettronica di sincronizzazione ha limitato queste misurazioni al laboratorio.

Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno sostituito questi sistemi complessi con un approccio ottico passivamente stabile più semplice. Per ottenere il funzionamento a doppio pettine, hanno usato una singola cavità laser multiplexata con cristalli di calcite birifrangenti per consentire il laser nei due stati di polarizzazione. I ricercatori, per la prima volta, combinato questa tecnica di multiplexing di polarizzazione del cristallo birifrangente con un cristallo laser a stato solido pompato a diodi. Il cristallo di guadagno Yb:CaF2 utilizzato consente la generazione di impulsi a femtosecondi ad alta potenza grazie alle sue eccellenti proprietà termiche e all'ampio spettro di emissione.

Poiché il nuovo design crea due laser a pettine di frequenza utilizzando un'unica cavità ottica, potrebbe consentire lo sviluppo di pettini doppi più compatti che offrono flessibilità nella potenza, lunghezza d'onda, larghezza di banda, e frequenze di ripetizione degli impulsi.

Con la nuova configurazione, i ricercatori hanno ottenuto impulsi con una durata di 175 femtosecondi e 440 mW di potenza in due fasci da 1050 nm con una differenza di frequenza di ripetizione di 1 kHz. Hanno dimostrato la stabilità della differenza di frequenza di ripetizione utilizzando il laser per eseguire misurazioni a basso rumore su materiali semiconduttori utilizzando il campionamento ottico asincrono. Ciò ha comportato l'utilizzo di un impulso ultraveloce per innescare una reazione, e un secondo impulso per misurare la variazione indotta.

I prossimi passi per questa tecnologia includono lo sviluppo di sistemi prototipo in un pacchetto robusto e portatile, dimostrando applicazioni scientifiche e industriali, ridimensionamento a potenze più elevate e velocità di ripetizione più elevate per misurazioni più rapide, e la creazione di canali per offrire il laser commercialmente.