Desbloqueando osciladores de fibra de femtosegundo visíveis:um avanço na ciência do laser
Oscilador e amplificador de fibra de femtosegundo de luz visível (esquemático; inserção, fotografia). Crédito:J. Zou, Q. Ruan, et al. O surgimento da geração ultrarrápida de pulsos de laser, marcando um marco significativo na ciência do laser, desencadeou um progresso incrível em uma ampla gama de disciplinas, abrangendo aplicações industriais, tecnologias energéticas, ciências biológicas e muito mais. Entre as várias plataformas de laser que foram desenvolvidas, os osciladores de femtossegundos de fibra, apreciados por seu design compacto, excelente desempenho e economia, tornaram-se uma das principais tecnologias para geração de pulsos de femtossegundos.
No entanto, seus comprimentos de onda operacionais são predominantemente limitados à região do infravermelho, abrangendo de 0,9 a 3,5 μm, o que, por sua vez, restringiu sua aplicabilidade em inúmeras aplicações que requerem fontes de luz em comprimentos de onda visíveis (390 a 780 nm). A expansão de osciladores compactos de fibra de femtosegundo para novos comprimentos de onda visíveis tem sido um objetivo desafiador, mas perseguido com fervor na ciência do laser.
Atualmente, a maioria dos lasers de fibra visível usa fibras de flúor dopadas com terras raras, como Pr
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, como meio de ganho efetivo. Ao longo dos anos, avanços notáveis foram feitos no desenvolvimento de lasers de fibra visível com comprimento de onda sintonizável, de alta potência, Q-switched e com modo bloqueado.
No entanto, apesar do progresso significativo na região do infravermelho próximo, conseguir o bloqueio do modo femtosegundo em lasers de fibra visível continua a ser uma tarefa excepcionalmente desafiadora. Este desafio é atribuído ao subdesenvolvimento de componentes ópticos ultrarrápidos em comprimentos de onda visíveis, disponibilidade limitada de moduladores visíveis de alto desempenho e dispersão extremamente normal encontrada em cavidades de laser de fibra visível.
A atenção recente tem se concentrado em osciladores de fibra bloqueados no modo femtossegundo no infravermelho próximo usando um espelho de loop amplificador não linear com polarização de fase (PB-NALM). O PB-NALM elimina a necessidade de longas fibras intracavitárias para acumular mudanças de fase.
Esta inovação não apenas facilita a flexibilidade de ajuste e a operação de longa vida, mas também oferece uma oportunidade de gerenciar a dispersão intracavitária em um espaço de parâmetros maior, de regimes de dispersão normais a anômalos. Conseqüentemente, prevê-se que catalise um avanço no modo de bloqueio direto de femtosegundo do laser de fibra visível e impulsione osciladores de femtosegundo de fibra para a banda visível.
Características típicas do oscilador de fibra de femtosegundo de luz visível. (a) Espectros ópticos de operações de bloqueio de modo e ondas contínuas. (b) Traçado do osciloscópio do trem de pulso (detalhe:uma captura de tela do traçado do osciloscópio). (c) Traço de autocorrelação dos pulsos de saída. (d) Espectro de RF na frequência fundamental (inserção:um espectro de RF de banda larga; intervalo de 3 GHz). Crédito:J. Zou, Q. Ruan, et al.
Pesquisadores do Laboratório Chave de Tecnologia e Aplicações de Laser Ultrarrápido de Fujian da Universidade de Xiamen desenvolveram recentemente um oscilador e amplificador de fibra de femtosegundo bloqueado no modo de luz visível, conforme relatado em Advanced Photonics Nexus .
O oscilador de femtosegundo de fibra, que emite luz vermelha a 635 nm, emprega uma configuração de cavidade em forma de nove. Aplica um Pr
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de dupla camada fibra de flúor dopada como meio de ganho visível, incorpora um PB-NALM de comprimento de onda visível para bloqueio de modo e utiliza um par de redes de difração personalizadas de alta eficiência e alta densidade de ranhura para gerenciamento de dispersão. Um bloqueio de modo de inicialização automática visível estabelecido pelo PB-NALM produz diretamente pulsos de laser vermelho com uma duração de pulso de 199 fs e uma taxa de repetição de 53,957 MHz do oscilador.
O controle preciso do espaçamento do par de grades pode mudar o estado do pulso de um soliton dissipativo ou de pulso esticado para um soliton convencional. Além disso, um sistema de amplificação de pulso construído ao lado do oscilador aumenta imensamente o desempenho do laser, resultando em uma potência de saída média superior a 1 W, uma energia de pulso de 19,55 nJ e uma duração de pulso de 230 fs.
O professor Zhengqian Luo, chefe do Departamento de Engenharia Eletrônica da Universidade de Xiamen, diz:“Nosso resultado representa um passo concreto em direção aos lasers de fibra de femtosegundo de alta potência que cobrem a região espectral visível e podem ter aplicações importantes em processamento industrial, biomedicina e pesquisa científica. ."
Os autores antecipam que seu novo esquema para geração de laser de fibra de femtosegundo de luz visível de alto desempenho estabelecerá as bases para lasers de fibra de femtosegundo de luz visível para servir em aplicações como processamento de precisão de materiais especiais, biomedicina, detecção subaquática e relógios atômicos ópticos.
