Исследователи продемонстрировали первый фемтосекундный волоконный лазер видимой длины волны

6 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

от Оптики

Исследователи разработали первый волоконный лазер, способный генерировать фемтосекундные импульсы в видимом диапазоне электромагнитного спектра. Волоконные лазеры, производящие ультракороткие яркие импульсы видимой длины волны, могут быть полезны для различных биомедицинских применений, а также в других областях, таких как обработка материалов.

Видимые фемтосекундные импульсы обычно получают с помощью сложных и по своей сути неэффективных установок. Хотя волоконные лазеры представляют собой очень многообещающую альтернативу благодаря своей прочности/надежности, малой занимаемой площади, эффективности, более низкой стоимости и высокой яркости, до сих пор не удавалось генерировать видимые импульсы длительностью в фемтосекунды (10-15 с). ) дальность действия напрямую с такими лазерами.

«Наша демонстрация фемтосекундного волоконного лазера, работающего в видимом спектре, прокладывает путь к новому классу надежных, эффективных и компактных сверхбыстрых лазеров», — сказал руководитель исследовательской группы Реаль Валле из Университета Лаваля в Канаде.

В журнале Optics Letters исследователи описывают свой новый лазер, основанный на фторидном волокне, легированном лантаноидами. Излучая красный свет с длиной волны 635 нм, лазер обеспечивает сжатые импульсы длительностью 168 фс, пиковой мощностью 0,73 кВт и частотой повторения 137 МГц. Использование коммерческого синего лазерного диода в качестве оптического источника энергии или источника накачки помогло сделать всю конструкцию прочной, компактной и экономичной.

«При условии, что в ближайшем будущем можно будет достичь более высоких энергий и мощностей, этот тип лазера может принести пользу многим приложениям», — сказала Мари-Пьер Лорд, аспирантка, участвовавшая в проекте. «Потенциальные применения включают высокоточную и высококачественную абляцию биологических тканей и микроскопию с двухфотонным возбуждением. Фемтосекундные лазерные импульсы также позволяют осуществлять холодную абляцию во время обработки материала, процесс, который может сделать гораздо более чистые разрезы [чем более длинные импульсы], потому что он не не производят теплового эффекта».

В волоконном лазере в качестве лазерной среды выступает оптическое волокно, легированное редкоземельными элементами. Хотя волоконные лазеры являются одними из самых простых, надежных и надежных лазерных систем высокой яркости, использование кварцевых волокон ограничивает их использование ближней инфракрасной областью спектра. Группа Валле работала над расширением спектрального диапазона этих лазерных источников за счет использования волокон из фторида вместо кремнезема.

«Раньше мы сосредоточились на разработке волоконных лазеров среднего инфракрасного диапазона, но недавно заинтересовались волоконными лазерами видимого диапазона», — сказал Лорд. «Хотя отсутствие компактных и эффективных источников накачки для таких лазеров долгое время препятствовало их развитию, недавнее появление полупроводниковых лазерных источников, работающих в синем спектре, предоставило ключевую технологию для разработки эффективных волоконных лазеров видимого диапазона».

После демонстрации волоконных лазеров, непрерывно излучающих видимые длины волн, исследователи захотели распространить свой прогресс на сверхбыстрые импульсные источники. Благодаря совершенствованию процесса изготовления фторидных волокон теперь можно получать волокна, легированные лантаноидами, со свойствами, которые необходимы для разработки эффективных волоконных лазеров видимого диапазона.

Новый импульсный волоконный лазер, разработанный командой Валле, сочетает в себе фторидное волокно, легированное лантаноидами, и коммерчески доступный лазер накачки на синем диоде. Чтобы создать и поддерживать импульсный выходной сигнал, исследователям также пришлось придумать, как тщательно управлять поляризацией света в волокне.