Luz visible de menos de 20 femtosegundosfuente láser pulsada sintonizable
Recientemente, un equipo de investigación del Reino Unido publicó un estudio innovador, anunciando que han desarrollado con éxito un sensor de luz visible sintonizable de nivel de megavatios de menos de 20 femtosegundos.fuente de láser pulsadoEsta fuente láser pulsada, ultrarrápidaláser de fibraEl sistema es capaz de generar pulsos con longitudes de onda ajustables, duraciones ultracortas, energías de hasta 39 nanojulios y una potencia máxima que supera los 2 megavatios, lo que abre nuevas perspectivas de aplicación para campos como la espectroscopia ultrarrápida, la obtención de imágenes biológicas y el procesamiento industrial.
El punto fuerte de esta tecnología reside en la combinación de dos métodos de vanguardia: la amplificación no lineal con gestión de ganancia (GMNA) y la emisión de ondas resonantes dispersivas (RDW). Anteriormente, para obtener pulsos ultracortos sintonizables de alto rendimiento, se requerían láseres de titanio-zafiro o amplificadores paramétricos ópticos, costosos y complejos. Estos dispositivos no solo eran costosos, voluminosos y difíciles de mantener, sino que también presentaban limitaciones por sus bajas tasas de repetición y rangos de sintonización. La solución de fibra óptica desarrollada en esta ocasión no solo simplifica significativamente la arquitectura del sistema, sino que también reduce considerablemente los costos y la complejidad. Permite la generación directa de pulsos de alta potencia de menos de 20 femtosegundos, sintonizables a 400-700 nanómetros y superiores, a una frecuencia de repetición de 4,8 MHz. El equipo de investigación logró este avance mediante una arquitectura de sistema diseñada con precisión. En primer lugar, utilizaron un oscilador de fibra de iterbio con bloqueo de modo y preservación total de la polarización, basado en un espejo anular de amplificación no lineal (NALM), como fuente de semilla. Este diseño no solo garantiza la estabilidad a largo plazo del sistema, sino que también evita el problema de degradación de los absorbentes saturados físicamente. Tras la preamplificación y la compresión de pulsos, estos se introducen en la etapa GMNA. La GMNA utiliza modulación de fase propia y distribución asimétrica longitudinal de ganancia en fibras ópticas para lograr un ensanchamiento espectral y generar pulsos ultracortos con un chirp lineal casi perfecto, que finalmente se comprimen a menos de 40 femtosegundos mediante pares de rejilla. Durante la etapa de generación de RDW, los investigadores utilizaron fibras de núcleo hueco antirresonante de nueve resonadores, diseñadas y fabricadas por ellos mismos. Este tipo de fibra óptica presenta pérdidas extremadamente bajas en la banda de pulsos de bombeo y en la región de luz visible, lo que permite convertir eficientemente la energía de la onda de bombeo a la onda dispersa, evitando la interferencia causada por la banda resonante de alta pérdida. En condiciones óptimas, la energía del pulso de onda de dispersión emitida por el sistema puede alcanzar los 39 nanojulios, el ancho de pulso más corto puede alcanzar los 13 femtosegundos, la potencia pico puede alcanzar los 2,2 megavatios y la eficiencia de conversión de energía puede alcanzar el 13 %. Aún más interesante es que, al ajustar la presión del gas y los parámetros de la fibra, el sistema puede extenderse fácilmente a las bandas ultravioleta e infrarroja, logrando una sintonización de banda ancha desde el ultravioleta profundo hasta el infrarrojo.
Esta investigación no solo reviste una importancia significativa en el campo fundamental de la fotónica, sino que también abre un nuevo panorama para los campos industriales y de aplicación. Por ejemplo, en campos como la obtención de imágenes por microscopía multifotónica, la espectroscopia de resolución temporal ultrarrápida, el procesamiento de materiales, la medicina de precisión y la investigación en óptica no lineal ultrarrápida, este nuevo tipo de fuente de luz ultrarrápida, compacta, eficiente y de bajo coste, proporcionará a los usuarios herramientas y una flexibilidad sin precedentes. Especialmente en escenarios que requieren altas tasas de repetición, potencia de pico y pulsos ultracortos, esta tecnología es sin duda más competitiva y tiene un mayor potencial de promoción en comparación con los sistemas tradicionales de titanio-zafiro o de amplificación paramétrica óptica.
En el futuro, el equipo de investigación planea optimizar aún más el sistema, por ejemplo, integrando la arquitectura actual, que contiene múltiples componentes ópticos de espacio libre, en fibras ópticas, o incluso utilizando un único oscilador Mamyshev para reemplazar la combinación actual de oscilador y amplificador, con el fin de lograr la miniaturización e integración del sistema. Además, al adaptarse a diferentes tipos de fibras antirresonantes, introducir gases activos Raman y módulos de duplicación de frecuencia, se espera que este sistema se expanda a una banda más amplia, proporcionando soluciones láser ultrarrápidas de banda ancha, completamente basadas en fibra, para múltiples campos, como el ultravioleta, la luz visible y el infrarrojo.
Figura 1. Diagrama esquemático del ajuste del láser pulsado.
Hora de publicación: 28 de mayo de 2025