Luz visível sub-20 femtosegundosfonte de laser pulsado sintonizável
Recentemente, uma equipe de pesquisa do Reino Unido publicou um estudo inovador, anunciando o desenvolvimento bem-sucedido de um dispositivo de luz visível sintonizável em nível de megawatt com duração inferior a 20 femtosegundos.fonte de laser pulsadoEsta fonte de laser pulsado é ultrarrápida.laser 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 em áreas como espectroscopia ultrarrápida, imagem biológica 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 como esses, geralmente eram necessários lasers de titânio-safira ou amplificadores paramétricos ópticos, que eram caros e complexos. Esses dispositivos não eram apenas dispendiosos, volumosos e de difícil manutenção, mas também limitados por baixas taxas de repetição e faixas de sintonia. A solução totalmente em fibra desenvolvida desta vez não só simplifica significativamente a arquitetura do sistema, como também reduz consideravelmente os custos e a complexidade. Ela permite a geração direta de pulsos de alta potência com duração inferior a 20 femtosegundos, sintonizáveis de 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 projetada com precisão. Primeiramente, utilizaram um oscilador de fibra de itérbio com bloqueio de modo e preservação completa de polarização, baseado em um espelho de anel de amplificação não linear (NALM), como fonte de sinal. Esse projeto não só garante a estabilidade do sistema a longo prazo, como também evita o problema de degradação causado pela saturação física dos absorvedores. Após a pré-amplificação e a compressão de pulsos, os pulsos de sinal são introduzidos no estágio GMNA. O GMNA utiliza automodulação de fase e distribuição de ganho assimétrica longitudinal em fibras ópticas para obter alargamento espectral e gerar pulsos ultracurtos com chirp linear quase perfeito, que são finalmente comprimidos para menos de 40 femtosegundos por meio de pares de grades. Durante o estágio de geração da onda de dispersão de ressonância (RDW), os pesquisadores utilizaram fibras de núcleo oco antirressonantes com nove ressonadores, projetadas e fabricadas internamente. Esse tipo de fibra óptica apresenta perdas extremamente baixas na banda do pulso de bombeamento e na região da luz visível, permitindo que a energia seja convertida eficientemente do bombeamento para a onda dispersa e evitando a interferência causada pela banda de ressonância de alta perda. Em condições ideais, a energia do pulso de onda de dispersão gerada pelo sistema pode atingir 39 nanojoules, a menor largura de pulso pode chegar a 13 femtosegundos, a potência de pico pode atingir 2,2 megawatts e a eficiência de conversão de energia pode chegar a 13%. Ainda mais interessante é que, ajustando a pressão do gás e os parâmetros da fibra, o sistema pode ser facilmente expandido para as faixas ultravioleta e infravermelha, permitindo uma ampla faixa de sintonia, do ultravioleta profundo ao infravermelho.
Esta pesquisa não só possui importância significativa no campo fundamental da fotônica, como também abre novas perspectivas para os campos industrial e de aplicação. Por exemplo, em áreas como microscopia multifotônica, espectroscopia ultrarrápida com resolução temporal, 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 possui maior potencial de desenvolvimento em comparação com os sistemas tradicionais de amplificação paramétrica óptica ou de titânio-safira.
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 até mesmo utilizando um único oscilador Mamyshev para substituir a combinação atual de oscilador e amplificador, visando a miniaturização e integração do sistema. Além disso, com a adaptação a diferentes tipos de fibras antirressonantes, 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, de banda larga e totalmente em fibra para diversas áreas, como ultravioleta, luz visível e infravermelho.
Figura 1. Diagrama esquemático da sintonia do laser pulsado
Data da publicação: 28 de maio de 2025