Os pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem que usa uma única cavidade de laser para criar dois pentes de frequência óptica de alta potência, emitindo pulsos de femtossegundos de alta potência. O novo desenvolvimento abre caminho para fontes portáteis de luz dual-comb para aplicações como espectroscopia e medição de distância de precisão.

Os pentes de frequência óptica emitem um espectro de cores - ou frequências - perfeitamente espaçadas como os dentes de um pente. Duas dessas frequências de pente com taxas de repetição de pulso ligeiramente diferentes são freqüentemente combinadas para criar uma configuração de pente duplo que emite um fluxo de pulsos curtos.

Benjamin Willenberg da ETH Zurich, na Suíça, apresentará a nova abordagem no Congresso de Laser OSA 2020 totalmente virtual, 13 a 16 de outubro. A apresentação acontecerá sexta-feira, 16 de outubro às 08:30 EDT.

"Nossa abordagem nos permite gerar um par de combs de frequência com um deslocamento pequeno e passivamente estável em sua taxa de repetição, "disse Willenberg." Isso resolve o problema de longa data da alta complexidade dos sistemas de pente duplo sem comprometer o desempenho do laser. As aplicações de detecção potenciais incluem espectroscopia no domínio do tempo para testes não destrutivos, detecção de gases traço para monitoramento industrial e ambiental, e laser para aplicações de visão de máquina. "Combinação de pentes

O trem de pulsos disponível a partir de lasers de pente duplo é particularmente útil para medições de espectroscopia extremamente sensíveis e rápidas e para medir distâncias com precisão por meio de faixa de laser. Contudo, a necessidade de dois pentes estabilizados mais a eletrônica de sincronização complexa restringiu essas medições ao laboratório.

No novo trabalho, os pesquisadores substituíram esses sistemas complexos por uma abordagem óptica mais simples e passivamente estável. Para conseguir a operação de pente duplo, eles usaram uma única cavidade de laser multiplexada com cristais de calcita birrefringente para permitir o lasing nos dois estados de polarização. Os pesquisadores, pela primeira vez, combinou esta técnica de multiplexação por polarização de cristal birrefringente com um cristal de laser de estado sólido bombeado por diodo. O cristal de ganho Yb:CaF2 usado permite a geração de pulso de femtossegundo de alta potência devido às suas excelentes propriedades térmicas e amplo espectro de emissão.

Como o novo design cria dois lasers de pente de frequência usando uma única cavidade óptica, poderia permitir o desenvolvimento de pentes duplos mais compactos que oferecem flexibilidade no poder, Comprimento de onda, largura de banda, e taxas de repetição de pulso.

Com a nova configuração, os pesquisadores alcançaram pulsos com uma duração de 175 femtossegundos e 440 mW de potência em dois feixes de 1050 nm com uma diferença de taxa de repetição de 1 kHz. Eles demonstraram a estabilidade da diferença da taxa de repetição usando o laser para realizar medições de baixo ruído em materiais semicondutores usando amostragem óptica assíncrona. Isso envolveu o uso de um pulso ultrarrápido para desencadear uma reação, e um segundo pulso para medir a mudança induzida.

Os próximos passos para esta tecnologia incluem o desenvolvimento de sistemas de protótipo em um pacote robusto e portátil, demonstrando aplicações científicas e industriais, escalando para potências mais altas e taxas de repetição mais altas para medições mais rápidas, e criação de canais para oferecer o laser comercialmente.