Luz visible sub-20 femtosegundosfonte láser pulsada sintonizable
Recentemente, un equipo de investigación do Reino Unido publicou un estudo innovador no que anunciaba que desenvolveran con éxito un dispositivo sintonizable de luz visible de menos de 20 femtosegundos e a un nivel de megavatios.fonte de láser pulsadaEsta fonte láser pulsada, ultrarrápidaláser de fibraO sistema é capaz de xerar pulsos con lonxitudes de onda sintonizables, duracións ultracurtas, enerxías de ata 39 nanojulios e potencias máximas superiores a 2 megavatios, o que abre novas perspectivas de aplicación para campos como a espectroscopia ultrarrápida, a imaxe biolóxica e o procesamento industrial.
O punto culminante desta tecnoloxía reside na combinación de dous métodos de vangarda: a "amplificación non lineal con xestión da ganancia (GMNA)" e a "emisión de ondas dispersivas resonantes (RDW)". No pasado, para obter pulsos ultracurtos sintonizables de alto rendemento, adoitaban requirirse láseres de titanio-zafiro ou amplificadores paramétricos ópticos caros e complexos. Estes dispositivos non só eran caros, voluminosos e difíciles de manter, senón que tamén estaban limitados polas baixas taxas de repetición e os rangos de sintonización. A solución totalmente de fibra desenvolvida esta vez non só simplifica significativamente a arquitectura do sistema, senón que tamén reduce considerablemente os custos e a complexidade. Permite a xeración directa de pulsos de alta potencia de menos de 20 femtosegundos, sintonizables a 400 a 700 nanómetros e máis, a unha alta frecuencia de repetición de 4,8 MHz. O equipo de investigación conseguiu este avance mediante unha arquitectura do sistema deseñada con precisión. En primeiro lugar, utilizaron un oscilador de fibra de iterbio con modo bloqueado que preserva totalmente a polarización e que se basea nun espello de anel de amplificación non lineal (NALM) como fonte inicial. Este deseño non só garante a estabilidade a longo prazo do sistema, senón que tamén evita o problema da degradación dos absorbentes saturados físicos. Despois da preamplificación e a compresión do pulso, os pulsos de semente introdúcense na etapa GMNA. O GMNA utiliza a modulación de autofase e a distribución asimétrica lonxitudinal da ganancia en fibras ópticas para lograr un ensanche espectral e xerar pulsos ultracurtos cun chirp lineal case perfecto, que finalmente se comprimen a menos de 40 femtosegundos a través de pares de reixa. Durante a etapa de xeración de RDW, os investigadores utilizaron fibras de núcleo oco antirresonante de nove resonadores de deseño e fabricación propios. Este tipo de fibra óptica ten unha perda extremadamente baixa na banda de pulso de bombeo e na rexión da luz visible, o que permite que a enerxía se converta eficientemente da bombeo á onda dispersa e evita a interferencia causada pola banda resonante de alta perda. En condicións óptimas, a enerxía do pulso da onda de dispersión que emite o sistema pode alcanzar os 39 nanojulios, o ancho de pulso máis curto pode alcanzar os 13 femtosegundos, a potencia máxima pode chegar aos 2,2 megavatios e a eficiencia de conversión de enerxía pode chegar ao 13 %. Aínda máis emocionante é que, axustando a presión do gas e os parámetros da fibra, o sistema pódese estender facilmente ás bandas ultravioleta e infravermella, logrando un axuste de banda ancha desde o ultravioleta profundo ata o infravermello.
Esta investigación non só ten unha importancia significativa no campo fundamental da fotónica, senón que tamén abre unha nova situación para os campos industriais e de aplicación. Por exemplo, en campos como a imaxe por microscopía multifotónica, a espectroscopia ultrarrápida con resolución temporal, o procesamento de materiais, a medicina de precisión e a investigación en óptica non lineal ultrarrápida, este novo tipo de fonte de luz ultrarrápida compacta, eficiente e de baixo custo proporcionará aos usuarios ferramentas e flexibilidade sen precedentes. Especialmente en escenarios que requiren altas taxas de repetición, potencia máxima e pulsos ultracurtos, esta tecnoloxía é sen dúbida máis competitiva e ten un maior potencial de promoción en comparación cos sistemas tradicionais de amplificación paramétrica óptica ou de titanio-zafiro.
No futuro, o equipo de investigación planea optimizar aínda máis o sistema, como integrar a arquitectura actual que contén varios compoñentes ópticos en espazo libre en fibras ópticas, ou mesmo usar un único oscilador de Mamyshev para substituír a combinación actual de oscilador e amplificador, co fin de lograr a miniaturización e integración do sistema. Ademais, ao adaptarse a diferentes tipos de fibras antirresonantes, introducir gases activos Raman e módulos de duplicación de frecuencia, espérase que este sistema se amplíe a unha banda máis ampla, proporcionando solucións láser ultrarrápidas de banda ancha e totalmente de fibra para múltiples campos como a luz ultravioleta, a luz visible e o infravermello.
Figura 1. Diagrama esquemático da sintonización do láser pulsado
Data de publicación: 28 de maio de 2025