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18 maggio 2023

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dalla scienza ultraveloce

I laser a fibra ultraveloci ad alta potenza/energia hanno applicazioni a banda larga nella lavorazione dei materiali, nella medicina, nella produzione avanzata e in altri campi. Rispetto ai laser a stato solido, i laser a fibra presentano i vantaggi di sistemi compatti, flessibilità, buona dissipazione del calore e qualità del raggio abbagliante.

Tuttavia, a causa del grave effetto non lineare all'interno della fibra, l'energia del singolo impulso e la potenza media dei laser a fibra ultraveloci, in particolare quelli con strutture interamente in fibra, sono ancora inferiori a quelle dei laser a stato solido. Negli ultimi anni, l’oscillatore di Mamyshev ha attirato molta attenzione da parte della ricerca grazie al suo potenziale nella produzione di impulsi ultraveloci ad alta energia.

Recentemente, un gruppo di ricerca della National University of Defense Technology ha segnalato un oscillatore di Mamyshev basato su una fibra che mantiene tutta la polarizzazione con un diametro del nucleo/rivestimento di 10/125 μm e ha realizzato un'energia di impulso singolo di 153 nJ con una larghezza di impulso compresso di 73 fs. . Inoltre, attraverso la regolazione dei parametri della cavità, è stata ottenuta un'operazione di blocco della modalità armonica massima del 5° ordine con una potenza media di uscita di 3,4 W e un'ampiezza dell'impulso compresso di 100 fs.

Recentemente il loro lavoro intitolato "All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Delivers Hundred-Nanojoule and Multi-Watt Sub-100 fs Pulses" è stato pubblicato su Ultrafast Science.

L'energia dell'impulso e la potenza media dei laser a fibra ultraveloci sono state notevolmente migliorate negli ultimi anni sulla base dell'oscillatore Mamyshev con allargamento spettrale a cascata ed effetto di filtro spettrale offset. La luce continua e gli impulsi deboli verranno bloccati nell'oscillatore di Mamyshev. Grazie al sufficiente allargamento spettrale, il forte impulso può sopravvivere nella cavità dopo due filtri con diverse lunghezze d'onda centrali e si può ottenere il laser ultraveloce con grande energia di impulso.

Tuttavia, la maggior parte dei risultati precedenti ha adottato strutture spaziali e ha introdotto un gran numero di elementi di spazio libero per la collimazione e l'accoppiamento del segnale, che rendono il sistema ingombrante e suscettibile alle interferenze.

"Il nostro obiettivo è realizzare laser a fibra ultraveloci ad alta potenza/energia con struttura interamente in fibra", ha spiegato A/Prof. Può Li. Nel documento Ultrafast Science è stato riportato un oscillatore di Mamyshev basato su una fibra che mantiene tutta la polarizzazione con un diametro del nucleo/rivestimento di 10/125 μm.

Rispetto agli oscillatori Mamyshev convenzionali, che generalmente consistono in due stadi di amplificazione della fibra di guadagno, nel laser proposto è presente un solo braccio di amplificazione. Un pezzo di fibra passiva è stato utilizzato per ampliare lo spettro ottico nell'altro braccio, alleviando l'accumulo di fase non lineare all'interno della cavità e rendendo nel frattempo il sistema più compatto.

Questo gruppo di ricerca ha realizzato rispettivamente i laser a fibra ultraveloci ad alte prestazioni con energia di impulso singolo di 153 nJ e potenza media di 3,4 W, che rappresentano i record più alti di energia di impulso e potenza media ottenuti da un oscillatore laser ultraveloce interamente in fibra con impulso di picosecondi/femtosecondi durata.

"Adottando la fibra con un diametro del nucleo maggiore e un nuovo meccanismo di evoluzione dell'impulso che ha una maggiore tolleranza all'accumulo di fase di non linearità, sono prevedibili laser ultraveloci interamente in fibra con maggiore potenza/energia dell'impulso", afferma il professor Pu Zhou.

Maggiori informazioni: Tao Wang et al, L'oscillatore Mamyshev in fibra All-PM fornisce impulsi da cento nanojoule e multiwatt inferiori a 100 fs, Ultrafast Science (2023). DOI: 10.34133/ultrafastscience.0016