Luz visível abaixo de 20 femtossegundosfonte de laser pulsado ajustável
Recentemente, uma equipe de pesquisa do Reino Unido publicou um estudo inovador, anunciando que eles desenvolveram com sucesso uma luz visível sintonizável de nível megawatt sub-20 femtossegundos.fonte de laser pulsado. Esta fonte de laser pulsado, ultra-rápidalaser de fibraO sistema é capaz de gerar pulsos com comprimentos de onda ajustáveis, durações ultracurtas, energias de até 39 nanojoules e potência de pico superior a 2 megawatts, abrindo novas perspectivas de aplicação para campos como espectroscopia ultrarrápida, imagens biológicas e processamento industrial.
O principal destaque desta tecnologia reside na combinação de dois métodos de ponta: "Amplificação não linear com ganho gerenciado (GMNA)" e "Emissão de onda dispersiva ressonante (RDW)". No passado, para obter pulsos ultracurtos sintonizáveis de alto desempenho, geralmente eram necessários lasers de titânio-safira caros e complexos ou amplificadores paramétricos ópticos. Esses dispositivos não eram apenas caros, volumosos e difíceis de manter, mas também limitados por baixas taxas de repetição e faixas de sintonia. A solução totalmente em fibra desenvolvida desta vez não apenas simplifica significativamente a arquitetura do sistema, como também reduz significativamente os custos e a complexidade. Ela permite a geração direta de pulsos de alta potência com menos de 20 femtossegundos, sintonizáveis para 400 a 700 nanômetros e além, a uma alta frequência de repetição de 4,8 MHz. A equipe de pesquisa alcançou esse avanço por meio de uma arquitetura de sistema precisamente projetada. Primeiramente, eles utilizaram um oscilador de fibra de itérbio com modo bloqueado e com preservação total da polarização, baseado em espelho de anel de amplificação não linear (NALM), como fonte de sementes. Este projeto não apenas garante a estabilidade do sistema a longo prazo, como também evita o problema de degradação de absorvedores físicos saturados. Após a pré-amplificação e a compressão do pulso, os pulsos de sementes são introduzidos no estágio GMNA. O GMNA utiliza modulação de fase própria e distribuição longitudinal assimétrica de ganho em fibras ópticas para obter alargamento espectral e gerar pulsos ultracurtos com chiado linear quase perfeito, que são finalmente comprimidos para menos de 40 femtossegundos por meio de pares de grades. Durante o estágio de geração RDW, os pesquisadores utilizaram fibras de núcleo oco antirressonância de nove ressonadores, projetadas e fabricadas por eles mesmos. Este tipo de fibra óptica apresenta perdas extremamente baixas na banda de pulso de bombeamento e na região da luz visível, permitindo que a energia seja convertida eficientemente do bombeamento para a onda dispersa, evitando a interferência causada pela banda ressonante de alta perda. Em condições ideais, a energia do pulso de onda de dispersão emitida pelo sistema pode atingir 39 nanojoules, a menor largura de pulso pode atingir 13 femtossegundos, a potência de pico pode chegar a 2,2 megawatts e a eficiência de conversão de energia pode chegar a 13%. Ainda mais empolgante é que, ajustando a pressão do gás e os parâmetros da fibra, o sistema pode ser facilmente estendido para as faixas ultravioleta e infravermelha, alcançando um ajuste de banda larga do ultravioleta profundo ao infravermelho.
Esta pesquisa não só tem importância significativa no campo fundamental da fotônica, como também abre uma nova perspectiva para os campos industrial e de aplicação. Por exemplo, em áreas como microscopia multifóton, espectroscopia com resolução temporal ultrarrápida, processamento de materiais, medicina de precisão e pesquisa em óptica não linear ultrarrápida, este novo tipo de fonte de luz ultrarrápida, compacta, eficiente e de baixo custo, proporcionará aos usuários ferramentas e flexibilidade sem precedentes. Especialmente em cenários que exigem altas taxas de repetição, potência de pico e pulsos ultracurtos, esta tecnologia é, sem dúvida, mais competitiva e tem maior potencial de promoção em comparação aos sistemas tradicionais de amplificação paramétrica de titânio-safira ou óptica.
No futuro, a equipe de pesquisa planeja otimizar ainda mais o sistema, integrando a arquitetura atual, que contém múltiplos componentes ópticos de espaço livre, em fibras ópticas, ou mesmo utilizando um único oscilador Mamyshev para substituir a combinação atual de oscilador e amplificador, a fim de alcançar a miniaturização e a integração do sistema. Além disso, com a adaptação a diferentes tipos de fibras antirressonância, a introdução de gases ativos Raman e módulos de duplicação de frequência, espera-se que este sistema seja expandido para uma banda mais ampla, fornecendo soluções de laser ultrarrápidas, totalmente em fibra, de banda larga, para múltiplos campos, como ultravioleta, luz visível e infravermelho.
Figura 1. Diagrama esquemático da sintonia do laser pulsado
Horário de publicação: 28 de maio de 2025