L'utilizzo di due vetri con indice di rifrazione diverso e impilati con una disposizione specifica ha permesso ai ricercatori di sviluppare per la prima volta una fibra multimodale con indice di rifrazione parabolico con trasmissione fino al medio infrarosso e alta non linearità. Lo spettro di brevi impulsi di luce iniettati nella fibra si amplia enormemente per estendersi dal visibile al medio infrarosso. Significativamente, a differenza delle fibre multimodali convenzionali, il fascio di luce rimane regolare come risultato della dinamica autopulente indotta dall'indice di rifrazione parabolico. Una tale sorgente di luce con spettro ultraampio, raggio uniforme e potenza elevata trova applicazioni ad es. rilevamento ambientale o imaging ad alta risoluzione per la diagnostica medica. Credito:Università di Tampere
I ricercatori dell'Università di Tampere hanno sviluppato con successo un nuovo design della fibra ottica che consente la generazione di luce laser arcobaleno nella regione elettromagnetica dell'impronta molecolare. Questa nuova fibra ottica con un raggio autopulente può aiutare nello sviluppo di applicazioni, ad esempio, per l'etichettatura degli inquinanti, la diagnostica del cancro, il monitoraggio ambientale e il controllo degli alimenti. La scoperta è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications .
Quando un impulso di luce ultracorto ad alta potenza interagisce con un materiale come una fibra ottica di vetro, si verifica una gamma di interazioni altamente non lineari che causano cambiamenti complessi nelle proprietà temporali e spettrali della luce iniettata. Se portate all'estremo, tali interazioni possono portare alla generazione di un laser di luce arcobaleno comunemente indicato come una sorgente di luce supercontinuum. Dalla sua prima dimostrazione in un tipo speciale di fibra ottica nel 2000, la luce laser supercontinuum ha rivoluzionato molte aree della scienza, dalla metrologia all'imaging con una risoluzione senza precedenti al telerilevamento a banda ultralarga e persino al rilevamento di esopianeti.
L'attuale collo di bottiglia con le attuali sorgenti di supercontinuum, tuttavia, è che si basano su fibre ottiche che supportano un singolo profilo o modalità di intensità trasversale, che limita intrinsecamente la loro potenza ottica. Inoltre, le fibre ottiche convenzionali sono realizzate in vetro di silice con trasmissione limitata alla regione dello spettro visibile e vicino infrarosso. L'estensione della luce del supercontinuum ad altri regimi di lunghezza d'onda come il medio infrarosso richiede fibre ottiche costituite dai cosiddetti vetri morbidi, ma questi possiedono una soglia di danno inferiore rispetto alla silice, limitando ancora di più la potenza del fascio del supercontinuum.
Fibra ottica non silicea con fascio autopulente
Recentemente, è stato dimostrato che un diverso tipo di fibra ottica con un indice di rifrazione che varia continuamente attraverso la struttura della fibra produce un notevole aumento della potenza del supercontinuum, pur preservando un profilo di intensità del fascio uniforme. "La variazione dell'indice di rifrazione di tali fibre ottiche a indice graduato porta a una periodica focalizzazione e sfocatura della luce all'interno della fibra che consente l'accoppiamento tra le interazioni luce-materia spaziali e temporali non lineari. Ciò porta a un meccanismo di autopulizia che produce luce supercontinuum con alta potenza e un profilo del fascio pulito. Oltre alle loro numerose applicazioni, forniscono anche un mezzo per studiare gli effetti fisici fondamentali come la turbolenza delle onde", afferma il professor Goëry Genty, leader del gruppo di ricerca dell'Università di Tampere.
Sebbene queste fibre abbiano recentemente attirato una notevole attenzione da parte della comunità di ricerca, il loro uso è stato finora limitato al visibile e al vicino infrarosso. In collaborazione con il gruppo dei Prof. Buczynski e Klimczak dell'Università di Varsavia (Polonia) e il gruppo del Prof. Dudley dell'Università della Borgogna France-Comté (Francia), il team di Tampere ha dimostrato per la prima volta la generazione di un supercontinuum di due ottave dal visibile al medio infrarosso in una fibra a indice graduato non silicea con fascio autopulente.
"Questo problema è stato ora risolto utilizzando un design particolare che utilizza due tipi di bacchette di vetro piombo-bismuto-gallato con diversi indici di rifrazione disegnati per produrre un nucleo nanostrutturato. Il risultato è una fibra a indice graduato con un efficace profilo di indice di rifrazione parabolico con trasmissione fino al medio infrarosso e, come ciliegina sulla torta, interazioni non lineari luce-materia migliorate", afferma la ricercatrice Zahra Eslami.
Grande potenziale nella diagnostica e nel monitoraggio
Il medio infrarosso è di fondamentale interesse in quanto contiene le caratteristiche transizioni vibrazionali di molte importanti molecole.
"La nuova soluzione porterà a sorgenti luminose supercontinuum più efficienti nel medio infrarosso con molte potenziali applicazioni, ad esempio per l'etichettatura degli inquinanti, la diagnostica del cancro, la visione artificiale, il monitoraggio ambientale, la qualità e il controllo degli alimenti", spiega Genty.
I ricercatori prevedono che questo nuovo tipo di fibra diventerà molto presto un materiale importante e standard per la generazione di sorgenti a banda larga e pettini di frequenza. + Esplora ulteriormente
