Fuente láser pulsada sintonizable de luz visible de menos de 20 femtosegundos

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 láser sintonizable de luz visible de menos de 20 femtosegundos con un nivel de megavatios.fuente láser pulsadaEsta 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 superior a 2 megavatios, lo que abre nuevas perspectivas de aplicación en campos como la espectroscopia ultrarrápida, la obtención de imágenes biológicas y el procesamiento industrial.

La principal ventaja 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 dispersivas resonantes (RDW). Anteriormente, para obtener pulsos ultracortos sintonizables de tan alto rendimiento, se requerían láseres de titanio-zafiro o amplificadores paramétricos ópticos, costosos y complejos. Estos dispositivos no solo eran caros, voluminosos y difíciles de mantener, sino que también presentaban limitaciones en cuanto a frecuencias de repetición y rangos de sintonización. La solución totalmente de fibra 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 e incluso más allá, a una alta frecuencia de repetición de 4,8 MHz. El equipo de investigación logró este avance gracias a una arquitectura de sistema diseñada con precisión. En primer lugar, utilizaron un oscilador de fibra de iterbio con bloqueo de modos que conserva la polarización, basado en un espejo de anillo 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 absorbedores físicos saturados. Tras la preamplificación y la compresión de pulsos, los pulsos de semilla se introducen en la etapa GMNA. GMNA utiliza automodulación de fase y una distribución de ganancia asimétrica longitudinal en fibras ópticas para lograr un ensanchamiento espectral y generar pulsos ultracortos con una chirp lineal casi perfecta, que finalmente se comprimen a menos de 40 femtosegundos mediante pares de rejillas. 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 del pulso de bombeo y en la región de la luz visible, lo que permite convertir eficientemente la energía del bombeo a la onda dispersa y evitar la interferencia causada por la banda resonante de alta pérdida. En condiciones óptimas, la energía de pulso de onda de dispersión generada por el sistema puede alcanzar los 39 nanojulios, la duración mínima del pulso puede llegar a los 13 femtosegundos, la potencia máxima puede alcanzar los 2,2 megavatios y la eficiencia de conversión de energía puede llegar al 13 %. Aún más interesante es que, ajustando 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 gran importancia en el campo fundamental de la fotónica, sino que también abre nuevas perspectivas para los sectores industrial y de aplicaciones. Por ejemplo, en campos como la microscopía multifotónica, la espectroscopia ultrarrápida con resolución temporal, 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 flexibilidad sin precedentes. Especialmente en escenarios que requieren altas tasas de repetición, potencia máxima y pulsos ultracortos, esta tecnología es indudablemente más competitiva y tiene un mayor potencial de desarrollo 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, mediante la adaptación a diferentes tipos de fibras antirresonantes, la introducción de gases activos Raman y módulos de duplicación de frecuencia, se espera que este sistema se extienda a una banda más amplia, proporcionando soluciones láser ultrarrápidas de banda ancha y totalmente de fibra para diversos campos como el ultravioleta, la luz visible y el infrarrojo.

Figura 1. Diagrama esquemático de la sintonización del láser pulsado.