Nas últimas décadas, apenas os modos temporais foram considerados para lasers de fibra de modo bloqueado usando fibras de modo único. Os lasers de fibra de modo único com bloqueio de modo oferecem vantagens devido ao seu doping de alto ganho, modo intrinsecamente único espacial, e configurações compactas. Contudo, em termos de níveis de poder, lasers de fibra de modo bloqueado sofrem de alta não linearidade, que é introduzido pelo tamanho pequeno do núcleo das fibras monomodo. Pesquisadores da École Polytechnique Fédérale de Lausanne, A Suíça (EPFL) desenvolveu recentemente uma nova abordagem para a geração de alta energia, pulsos ultracurtos com qualidade de feixe de modo único:limpeza de feixe não linear em uma cavidade de laser multimodo.

Bloqueio de modo espaço-temporal

A abordagem tradicional para superar o problema de nível de potência é primeiro gerar pulsos ultracurtos de baixa potência (os chamados osciladores de laser), seguido por uma cascata de amplificadores para aumentar os níveis de potência. Mas a amplificação externa aumenta o custo e a complexidade.

Recentemente, fibras multimodo, particularmente fibras multimodo de índice graduado, têm chamado a atenção devido à sua baixa dispersão modal e autofocalização periódica da luz interna. Limpeza de feixe espacial, conversão de comprimento de onda, e o bloqueio de modo espaço-temporal foi demonstrado com fibras multimodo de índice graduado.

O bloqueio de modo espaço-temporal é uma abordagem mais recente para gerar pulsos ultracurtos. Ele cria um equilíbrio entre os efeitos espaciais e temporais dentro de uma cavidade de laser multimodo, que suporta vários caminhos para guiar a luz. O grande diâmetro do núcleo multimodo da fibra diminui a não linearidade da cavidade e permite que o sistema alcance altas energias de pulso sem amplificação externa. Contudo, devido à sua natureza multimodo, lasers de alta potência espaço-temporalmente travados no modo sofrem com um feixe de saída de baixa qualidade.

Qualidade de feixe de modo único por meio de limpeza de feixe não linear

Os pesquisadores da EPFL demonstraram a limpeza do feixe não linear em uma cavidade de laser multimodo - uma demonstração inédita - que permite a geração de alta energia, pulsos ultracurtos com qualidade de feixe de modo único. Seu relatório, publicado na revisão por pares, diário de acesso aberto Fotônica Avançada , mostra que as propriedades de pulso temporal intracavidade projetadas permitem que uma rota gere um feixe de alta qualidade quando o modo de bloqueio é alcançado.

Seu design permite a geração de pulsos de femtossegundos sub-100 com alta energia de pulso (> 20 nJ) e qualidade do feixe de valor M2 (inferior a 1,13 sem amplificação externa) de forma compacta e de baixo custo. A equipe investigou a complexa dinâmica da cavidade por meio de simulações resolvidas de modo e confirmou a limpeza do feixe não linear numericamente e experimentalmente.

O autor principal, Ugur Tegin, observa que o trabalho de sua equipe apresenta uma nova maneira de aproveitar e controlar a dinâmica não linear espaço-temporal para geração de pulso ultracurto. Os resultados desta pesquisa mostram que a boa qualidade do feixe, alta energia de pulso, e duração de pulso de sub-100 fs de um laser de fibra pode ser construída com componentes padrão e disponíveis comercialmente. O método relatado pode ser estendido para fibras com um tamanho de núcleo maior para escala de energia adicional, preservando a qualidade do feixe de pulsos sub-100 fs.