Cos'è un laser ultraveloce?

A. Il concetto di laser ultrarapidi

I laser ultrarapidi si riferiscono generalmente a laser a blocco di modo utilizzati per emettere impulsi ultracorti, ad esempio impulsi della durata di femtosecondi o picosecondi. Una denominazione più precisa sarebbe laser a impulsi ultracorti. I laser a impulsi ultracorti sono quasi laser a blocco di modo, ma l'effetto di commutazione del guadagno può anche produrre impulsi ultracorti.

B. Il tipo di laser ultraveloce

1. I laser a zaffiro di titanio, solitamente a blocco di modo con lente Kerr, possono produrre impulsi di durata brevissima, fino 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, diciamo, 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 a zaffiro di titanio richiedono la luce di pompaggio proveniente da alcuni laser a luce verde, il che li rende più complessi e costosi.

2. Esistono diversi laser pompati a diodi basati, ad esempio, su cristalli laser drogati con ittrio (in cristallo o vetro) o con cromo, che solitamente utilizzano il blocco di modo passivo SESAM. Sebbene la durata dell'impulso dei laser pompati a diodi non sia breve come quella dei laser a zaffiro di titanio, i laser pompati a diodi possono coprire un'ampia gamma di parametri in termini di durata dell'impulso, frequenza di ripetizione degli impulsi e potenza media (vedi sotto).

3. I laser a fibra basati su fibre di vetro drogate con elementi delle terre rare possono anche essere a blocco di modo passivo, ad esempio, utilizzando la rotazione non lineare della polarizzazione o SESAM. Sono più limitati rispetto ai laser a fibra massiva in termini di potenza media, soprattutto di potenza di picco, ma possono essere convenientemente combinati con amplificatori a fibra. L'articolo sui laser a fibra a blocco di modo fornisce maggiori dettagli.

(4) I laser a diodi a blocco di modo possono essere dispositivi integrati o laser a diodi a cavità esterna e possono essere a blocco di modo attivo, passivo o misto. Tipicamente, i laser a diodi a blocco di modo operano ad un'elevata frequenza di ripetizione degli impulsi (diverse migliaia di megahertz) con un'energia di impulso moderata.

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