L’emergere della generazione di impulsi laser ultraveloci, che segna una pietra miliare significativa nella scienza laser, ha innescato incredibili progressi in una vasta gamma di discipline, che comprendono applicazioni industriali, tecnologie energetiche, scienze della vita e altro ancora. Tra le varie piattaforme laser sviluppate, gli oscillatori in fibra a femtosecondi, apprezzati per il loro design compatto, le prestazioni eccezionali e il rapporto costo-efficacia, sono diventati una delle tecnologie principali per la generazione di impulsi a femtosecondi.
Tuttavia, le loro lunghezze d'onda operative sono prevalentemente limitate alla regione dell'infrarosso, compresa tra 0,9 e 3,5 μm, il che, a sua volta, ne ha limitato l'applicabilità in numerose applicazioni che richiedono sorgenti luminose a lunghezze d'onda visibili (390-780 nm). L'espansione degli oscillatori compatti in fibra a femtosecondi in nuove lunghezze d'onda visibili è stato a lungo un obiettivo impegnativo ma perseguito con fervore nella scienza dei laser.
Attualmente, la maggior parte dei laser a fibra visibile utilizza fibre al fluoro drogate con terre rare, come Pr 3+ , come mezzo di guadagno effettivo. Nel corso degli anni, sono stati compiuti notevoli progressi nello sviluppo di laser a fibra visibile ad alta potenza, con lunghezza d'onda sintonizzabile, Q-switched e mode-locked.
Tuttavia, nonostante i progressi significativi nella regione del vicino infrarosso, ottenere il bloccaggio della modalità al femtosecondo nei laser a fibra visibile rimane un compito eccezionalmente impegnativo. Questa sfida è attribuita al sottosviluppo di componenti ottici ultraveloci a lunghezze d'onda visibili, alla disponibilità limitata di modulatori visibili ad alte prestazioni e alla dispersione estremamente normale riscontrata nelle cavità laser a fibra visibile.
Recentemente l'attenzione si è concentrata sugli oscillatori in fibra bloccati in modalità femtosecondi nel vicino infrarosso utilizzando uno specchio ad anello amplificante non lineare polarizzato in fase (PB-NALM). PB-NALM elimina la necessità di lunghe fibre intracavitarie per accumulare sfasamenti.
Questa innovazione non solo facilita la flessibilità di regolazione e il funzionamento di lunga durata, ma offre anche l'opportunità di gestire la dispersione intracavità in uno spazio parametrico più ampio, dai regimi di dispersione normali a quelli anomali. Di conseguenza, si prevede che catalizzerà una svolta nel blocco diretto della modalità a femtosecondi del laser a fibra visibile e spingerà gli oscillatori a fibra a femtosecondi nella banda visibile.
I ricercatori del Fujian Key Laboratory of Ultrafast Laser Technology and Applications dell'Università di Xiamen hanno recentemente sviluppato un oscillatore e un amplificatore in fibra a femtosecondi con modalità di luce visibile, come riportato in Advanced Photonics Nexus .
L'oscillatore a femtosecondi in fibra, che emette luce rossa a 635 nm, utilizza una configurazione di cavità a nove. Si applica un Pr 3+ a doppio rivestimento -fibra al fluoro drogata come mezzo di guadagno visibile, incorpora un PB-NALM a lunghezza d'onda visibile per il blocco della modalità e utilizza una coppia di reticoli di diffrazione personalizzati ad alta efficienza e ad alta densità di scanalature per la gestione della dispersione. Un blocco visibile della modalità di avvio automatico stabilito dal PB-NALM produce direttamente impulsi laser rossi con una durata dell'impulso di 199 fs e una frequenza di ripetizione di 53,957 MHz dall'oscillatore.
Il controllo preciso della spaziatura delle coppie di reticoli può commutare lo stato dell'impulso da un solitone dissipativo o con impulso allungato a un solitone convenzionale. Inoltre, un sistema di amplificazione dell'impulso cinguettante costruito insieme all'oscillatore aumenta enormemente le prestazioni del laser, risultando in una potenza di uscita media superiore a 1 W, un'energia dell'impulso di 19,55 nJ e una durata dell'impulso dechirpato di 230 fs.
Il Prof. Zhengqian Luo, capo del Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell'Università di Xiamen, afferma:"Il nostro risultato rappresenta un passo concreto verso i laser a fibra a femtosecondi ad alta potenza che coprono la regione spettrale visibile e potrebbero avere importanti applicazioni nella lavorazione industriale, nella biomedicina e nella ricerca scientifica". ."
Gli autori prevedono che il loro nuovo schema per la generazione di laser a fibra a femtosecondi a luce visibile ad alte prestazioni getterà le basi per i laser a fibra a femtosecondi a luce visibile da utilizzare in applicazioni quali l’elaborazione di precisione di materiali speciali, la biomedicina, il rilevamento subacqueo e gli orologi atomici ottici.
Ulteriori informazioni: Jinhai Zou et al, oscillatore e amplificatore laser a fibra a femtosecondi da 635 nm, Advanced Photonics Nexus (2024). DOI:10.1117/1.APN.3.2.026004
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