In un approccio innovativo al controllo dei lampi laser ultracorti, i ricercatori delle università di Bayreuth e Costanza utilizzano la fisica dei solitoni e due pettini di impulsi all'interno di un unico laser. Il metodo ha il potenziale per accelerare e semplificare drasticamente le applicazioni laser.
Tradizionalmente, la spaziatura degli impulsi dei laser viene impostata dividendo ciascun impulso in due impulsi e ritardandoli su distanze diverse, sintonizzabili meccanicamente. In alternativa, vengono utilizzate due sorgenti laser con periodi orbitali leggermente diversi ("doppi pettini") per generare ritardi di spostamento rapidi dalla sovrapposizione dei due pettini di impulsi.
Il metodo puramente ottico dimostrato dal Prof. Dr. Georg Herink, capo del gruppo "Fisica sperimentale VIII–Ultrafast Dynamics" dell'Università di Bayreuth e dalla sua dottoranda Julia A. Lang in collaborazione con il Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer e Sarah R. Hutter dell'Università di Costanza si basa su due pettini a impulsi all'interno di un unico laser. Consente sequenze di impulsi estremamente veloci e regolabili in modo flessibile.
Allo stesso tempo, ciò può essere implementato in sorgenti luminose molto compatte basate su fibra di vetro. Unendo temporaneamente i due pettini di impulsi all'esterno del laser, i ricercatori ottengono modelli di impulsi che possono essere impostati con ritardi arbitrari secondo necessità.
I ricercatori utilizzano un trucco:invece del consueto singolo impulso luminoso, nel laser circolano due impulsi. "C'è appena il tempo sufficiente tra i due impulsi per applicare un singolo 'disturbo' utilizzando un veloce interruttore ottico all'interno del laser", spiega Lang, primo autore dello studio. "Utilizzando la fisica del laser, questa 'modulazione intracavità' provoca un cambiamento nella velocità degli impulsi e quindi sposta i due impulsi uno contro l'altro nel tempo."
La sorgente laser in fibra di vetro è stata costruita da Hutter e Leitenstorfer dell'Università di Costanza. Grazie a uno speciale metodo di misurazione in tempo reale, i ricercatori di Bayreuth possono ora osservare con precisione come si muovono i brevi impulsi luminosi, i cosiddetti solitoni, quando agiscono su di loro influssi esterni. Questa interferometria spettrale in tempo reale consente la misurazione precisa della distanza tra ciascuna coppia di impulsi, più di 10 milioni di volte al secondo.
"Abbiamo dimostrato che possiamo regolare i tempi in modo estremamente rapido su un'ampia gamma e ottenere forme di movimento liberamente programmabili", spiega Herink. La ricerca ora presentata in Science Advances presenta un approccio innovativo al controllo dei solitoni e, oltre a nuove conoscenze sulla fisica dei solitoni, apre possibilità per applicazioni particolarmente veloci ed efficienti di impulsi laser ultracorti.
Ulteriori informazioni: Julia A. Lang et al, Controllo del movimento dei solitoni a doppio pettine intracavità in un laser a fibra singola, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2290
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dall'Università di Bayreuth
