I ricercatori dimostrano il primo laser a fibra a femtosecondi con lunghezza d'onda visibile

6 luglio 2023

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di Ottica

I ricercatori hanno sviluppato il primo laser a fibra in grado di produrre impulsi al femtosecondo nella gamma visibile dello spettro elettromagnetico. I laser a fibra che producono impulsi ultracorti e luminosi di lunghezza d'onda visibile potrebbero essere utili per una varietà di applicazioni biomediche e in altre aree come la lavorazione dei materiali.

Gli impulsi visibili al femtosecondo vengono solitamente ottenuti utilizzando configurazioni complesse e intrinsecamente inefficienti. Sebbene i laser a fibra rappresentino un'alternativa molto promettente per la loro robustezza/affidabilità, ingombro ridotto, efficienza, costo inferiore ed elevata luminosità, non è stato possibile, fino ad ora, produrre impulsi visibili con durate dell'ordine del femtosecondo (10-15 s ) raggiungono direttamente tali laser.

"La nostra dimostrazione di un laser a fibra a femtosecondi che opera nello spettro visibile apre la strada a una nuova classe di laser ultraveloci affidabili, efficienti e compatti", ha affermato il leader del gruppo di ricerca Réal Vallée dell'Université Laval in Canada.

In Optics Letters, i ricercatori descrivono il loro nuovo laser, che si basa su una fibra di fluoro drogata con lantanidi. Emettendo luce rossa a 635 nm, il laser raggiunge impulsi compressi con una durata di 168 fs, una potenza di picco di 0,73 kW e una frequenza di ripetizione di 137 MHz. L'utilizzo di un diodo laser blu commerciale come fonte ottica di energia, o fonte di pompa, ha contribuito a rendere il progetto complessivo robusto, compatto ed efficiente in termini di costi.

"A condizione che nel prossimo futuro si possano ottenere energie e potenze più elevate, molte applicazioni potrebbero trarre vantaggio da questo tipo di laser", ha affermato Marie-Pier Lord, una studentessa di dottorato coinvolta nel progetto. "Le potenziali applicazioni includono l'ablazione di tessuti biologici ad alta precisione e di alta qualità e la microscopia ad eccitazione a due fotoni. Gli impulsi laser a femtosecondi consentono anche l'ablazione a freddo durante la lavorazione del materiale, un processo che può eseguire tagli molto più puliti [rispetto agli impulsi più lunghi] perché non t produrre effetti termici."

In un laser a fibra, una fibra ottica drogata con elementi di terre rare funge da mezzo laser. Sebbene i laser a fibra siano tra i sistemi laser ad alta luminosità più semplici, robusti e affidabili, l'uso delle fibre di silice tende a limitarli alla regione spettrale del vicino infrarosso. Il gruppo di Vallée ha lavorato per estendere la gamma spettrale di queste sorgenti laser utilizzando fibre costituite da fluoruro anziché da silice.

"In precedenza ci eravamo concentrati sullo sviluppo di laser a fibra nel medio infrarosso, ma recentemente abbiamo acquisito interesse per i laser a fibra visibile", ha affermato Lord. "Sebbene la mancanza di sorgenti di pompa compatte ed efficienti per tali laser ne abbia ostacolato lo sviluppo per molto tempo, il recente avvento di sorgenti laser basate su semiconduttori operanti nello spettro blu ha fornito una tecnologia chiave per lo sviluppo di efficienti laser a fibra visibile."

Dopo aver dimostrato che i laser a fibra emettono lunghezze d'onda visibili in modo continuo, i ricercatori hanno voluto estendere il progresso alle sorgenti pulsate ultraveloci. Grazie al perfezionamento del processo di fabbricazione delle fibre di fluoro, è ora possibile ottenere fibre drogate con lantanidi con proprietà essenziali per lo sviluppo di efficienti laser a fibra visibile.

Il nuovo laser a fibra pulsata sviluppato dal team di Vallée combina una fibra di fluoruro drogata con lantanidi con un laser a pompa a diodi blu disponibile in commercio. Per creare e mantenere un’uscita pulsata, i ricercatori hanno anche dovuto capire come gestire attentamente la polarizzazione della luce nella fibra.