Com a demonstração de um oscilador de laser de disco fino de sub-picossegundo fornecendo uma potência de saída média recorde de 350 watts, os físicos da ETH Zurich estabeleceram um novo referencial e abriram o caminho para lasers ainda mais poderosos.

As fontes de laser ultrarrápido estão no centro de uma gama cada vez maior de estudos científicos fundamentais e aplicações industriais, de experimentos de física de alto campo com resolução temporal de attossegundo à usinagem de materiais com precisão micrométrica. Para empurrar o envelope ainda mais, taxas de repetição de vários megahertz e potências de saída médias de centenas de watts são necessárias. Um caminho particularmente atraente para realizar esses pulsos de laser de alta potência é gerá-los diretamente aumentando a potência de saída dos osciladores de laser em vez de depender de sistemas amplificadores de vários estágios, que adicionam um alto grau de complexidade; o dimensionamento de energia leva a dispositivos robustos e potencialmente econômicos. Reportando recentemente em Optics Express , o grupo de Ursula Keller no Institute of Quantum Electronics agora elevou a abordagem de escalonamento de potência a um novo nível. Eles apresentam uma fonte que combina a simplicidade e as altas taxas de repetição dos osciladores com a potência de saída média recorde deste tipo de laser.

A equipe da ETH trabalhou com um chamado oscilador de laser de disco fino, onde o ganho médio, o material em que ocorrem os processos quânticos que levam ao lasing, tem a forma de um disco de cerca de 100 micrômetros de espessura. Esta geometria oferece uma área de superfície relativamente grande, que por sua vez ajuda a resfriar. Ainda, os efeitos térmicos continuaram sendo um grande gargalo, e desde 2012, a potência de saída recorde ficou em 275 watts.

Agora, combinando vários avanços na tecnologia de laser de disco fino desenvolvida pelo grupo Keller, Ph.D. estudante Francesco Saltarelli, o cientista pesquisador sênior Christopher Phillips e colegas alcançaram uma potência de saída média de 350 watts, com pulsos de apenas 940 femtossegundos, carregam uma energia de 39 microjoules e repetem a uma taxa de 8,88 megahertz - valores que são de interesse imediato para aplicações na ciência e na indústria.

Um aspecto fundamental do trabalho é que os pesquisadores encontraram uma maneira de permitir várias passagens do feixe de bomba através do meio de ganho sem infligir efeitos térmicos prejudiciais, e assim reduzir o estresse nos componentes relevantes. A capacidade de controlar os efeitos devido ao aquecimento abriu o portão para ir firmemente além do nível 275-W e definir o novo benchmark. A abordagem agora desenvolvida pode ser levada ainda mais longe, e potências de saída acima de 500 watts parecem realistas. Com mais melhorias, os pesquisadores da ETH estimam, o nível de quilowatt pode aparecer.