luce visibile inferiore a 20 femtosecondisorgente laser pulsata sintonizzabile
Recentemente, un team di ricerca del Regno Unito ha pubblicato uno studio innovativo, annunciando di aver sviluppato con successo un sistema sintonizzabile di luce visibile a femtosecondi di livello megawatt inferiore a 20sorgente laser pulsataQuesta sorgente laser pulsata, ultravelocelaser a fibraIl sistema è in grado di generare impulsi con lunghezze d'onda regolabili, durate ultrabrevi, energie fino a 39 nanojoule e potenza di picco superiore a 2 megawatt, aprendo nuove prospettive applicative in campi quali la spettroscopia ultrarapida, l'imaging biologico e i processi industriali.
Il punto di forza di questa tecnologia risiede nella combinazione di due metodi all'avanguardia: l'amplificazione non lineare a gestione del guadagno (GMNA) e l'emissione di onde dispersive risonanti (RDW). In passato, per ottenere impulsi ultracorti sintonizzabili ad alte prestazioni, erano solitamente necessari laser a zaffiro di titanio o amplificatori parametrici ottici, costosi e complessi. Questi dispositivi non solo erano costosi, ingombranti e di difficile manutenzione, ma anche limitati da basse frequenze di ripetizione e intervalli di sintonizzazione. La soluzione interamente in fibra sviluppata questa volta non solo semplifica significativamente l'architettura del sistema, ma riduce anche notevolmente costi e complessità. Consente la generazione diretta di impulsi ad alta potenza inferiori a 20 femtosecondi, sintonizzabili da 400 a 700 nanometri e oltre, ad un'elevata frequenza di ripetizione di 4,8 MHz. Il team di ricerca ha raggiunto questo risultato grazie a un'architettura di sistema progettata con precisione. Innanzitutto, è stato utilizzato un oscillatore a fibra di itterbio a blocco di modo con conservazione completa della polarizzazione, basato su uno specchio ad anello di amplificazione non lineare (NALM), come sorgente di seed. Questa configurazione non solo garantisce la stabilità a lungo termine del sistema, ma evita anche il problema del degrado degli assorbitori fisici saturi. Dopo la preamplificazione e la compressione degli impulsi, gli impulsi di seed vengono introdotti nello stadio GMNA. Il GMNA utilizza l'automodulazione di fase e la distribuzione asimmetrica longitudinale del guadagno nelle fibre ottiche per ottenere l'allargamento spettrale e generare impulsi ultracorti con un chirp lineare quasi perfetto, che vengono infine compressi a meno di 40 femtosecondi tramite coppie di reticoli. Durante la fase di generazione RDW, i ricercatori hanno utilizzato fibre a nucleo cavo anti-risonanza a nove risonatori, progettate e realizzate internamente. Questo tipo di fibra ottica presenta perdite estremamente basse nella banda degli impulsi di pompaggio e nella regione della luce visibile, consentendo una conversione efficiente dell'energia dal pompaggio all'onda dispersa ed evitando le interferenze causate dalla banda di risonanza ad alta perdita. In condizioni ottimali, l'energia dell'impulso a onda di dispersione emesso dal sistema può raggiungere i 39 nanojoule, la durata minima dell'impulso può arrivare a 13 femtosecondi, la potenza di picco può raggiungere i 2,2 megawatt e l'efficienza di conversione energetica può arrivare al 13%. Ancora più interessante è il fatto che, regolando la pressione del gas e i parametri della fibra, il sistema può essere facilmente esteso alle bande ultravioletta e infrarossa, ottenendo una sintonizzazione a banda larga dall'ultravioletto profondo all'infrarosso.
Questa ricerca non solo riveste un'importanza significativa nel campo fondamentale della fotonica, ma apre anche nuove prospettive per i settori industriali e applicativi. Ad esempio, in ambiti quali la microscopia multifotone, la spettroscopia risolta nel tempo ultrarapida, la lavorazione dei materiali, la medicina di precisione e la ricerca sull'ottica non lineare ultrarapida, questa nuova tipologia di sorgente luminosa ultrarapida, compatta, efficiente ed economica, offrirà agli utenti strumenti e flessibilità senza precedenti. In particolare, in scenari che richiedono elevate frequenze di ripetizione, potenza di picco e impulsi ultracorti, questa tecnologia risulta indubbiamente più competitiva e presenta un maggiore potenziale di sviluppo rispetto ai tradizionali sistemi di amplificazione parametrica ottica o a zaffiro di titanio.
In futuro, il team di ricerca prevede di ottimizzare ulteriormente il sistema, ad esempio integrando l'architettura attuale, che contiene più componenti ottici a spazio libero, nelle fibre ottiche, o addirittura utilizzando un singolo oscillatore Mamyshev in sostituzione dell'attuale combinazione oscillatore-amplificatore, al fine di ottenere la miniaturizzazione e l'integrazione del sistema. Inoltre, adattandosi a diversi tipi di fibre anti-risonanza, introducendo gas attivi Raman e moduli di raddoppio di frequenza, si prevede che questo sistema possa essere esteso a una banda più ampia, fornendo soluzioni laser ultraveloci, a banda larga e interamente in fibra per molteplici campi come l'ultravioletto, la luce visibile e l'infrarosso.
Figura 1. Schema di sintonizzazione del laser pulsato
Data di pubblicazione: 28 maggio 2025