Cos'è un laser ultraveloce

A. Il concetto di laser ultraveloci

I laser ultraveloci si riferiscono solitamente a laser mode-locked utilizzati per emettere impulsi ultrabrevi, ad esempio impulsi della durata di femtosecondi o picosecondi. Un nome più accurato sarebbe laser a impulsi ultracorti. I laser a impulsi ultracorti sono quasi laser mode-locked, ma l'effetto di commutazione del guadagno può anche produrre impulsi ultracorti.

B. Il tipo di laser ultraveloce

1. I laser in titanio-zaffiro, solitamente con lente Kerr in modalità bloccata, possono produrre impulsi di durata pari a circa 5 fs. La loro potenza media in uscita è in genere di poche centinaia di milliwatt, con frequenze di ripetizione degli impulsi di, ad esempio, 80 MHz e decine di femtosecondi o meno, e durate degli impulsi di decine di femtosecondi o meno, con conseguente potenza di picco estremamente elevata. Tuttavia, i laser in titanio-zaffiro richiedono il pompaggio della luce da alcuni laser a luce verde, il che li rende più complessi e costosi.

2. Esistono vari laser pompati a diodo basati, ad esempio, su cristalli laser drogati con itterbio (cristallo o vetro) o con cromo, che solitamente utilizzano il mode-locking passivo SESAM. Sebbene la durata dell'impulso dei laser pompati a diodo non sia breve quanto quella dei laser in titanio-zaffiro, i laser pompati a diodo possono coprire un'ampia gamma di parametri in termini di durata dell'impulso, frequenza di ripetizione dell'impulso e potenza media (vedi sotto).

3. I laser a fibra basati su fibre di vetro drogate con terre rare possono anche essere mode-locked passivamente, ad esempio utilizzando la rotazione di polarizzazione non lineare o SESAM. Sono più limitati rispetto ai laser bulk in termini di potenza media, soprattutto di potenza di picco, ma possono essere facilmente combinati con amplificatori in fibra. L'articolo sui laser a fibra mode-locked fornisce maggiori dettagli.

(4) I laser a diodo mode-locked possono essere dispositivi integrali o laser a diodo a cavità esterna e possono essere attivi, passivi o misti. In genere, i laser a diodo mode-locked operano a un'elevata frequenza di ripetizione degli impulsi (diverse migliaia di megahertz) e a un'energia di impulso moderata.

Gli oscillatori laser ultraveloci possono far parte di sistemi laser ultraveloci, che possono anche includere un amplificatore ultraveloce (come un amplificatore in fibra ottica) per aumentare la potenza di picco e la potenza di uscita media.