Los investigadores demuestran el primer láser de fibra de femtosegundo de longitud de onda visible

6 de julio de 2023

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por Óptica

Los investigadores han desarrollado el primer láser de fibra que puede producir pulsos de femtosegundos en el rango visible del espectro electromagnético. Los láseres de fibra que producen pulsos de longitud de onda visible brillantes y ultracortos podrían ser útiles para una variedad de aplicaciones biomédicas, así como para otras áreas como el procesamiento de materiales.

Los pulsos visibles de femtosegundos generalmente se obtienen mediante configuraciones complejas e inherentemente ineficientes. Aunque los láseres de fibra representan una alternativa muy prometedora debido a su robustez y confiabilidad, tamaño reducido, eficiencia, menor costo y alto brillo, hasta ahora no ha sido posible producir pulsos visibles con duraciones de femtosegundos (10-15 s). ) alcancen directamente con dichos láseres.

"Nuestra demostración de un láser de fibra de femtosegundo que opera en el espectro visible allana el camino para una nueva clase de láseres ultrarrápidos confiables, eficientes y compactos", dijo el líder del equipo de investigación Réal Vallée de la Universidad Laval en Canadá.

En Optics Letters, los investigadores describen su nuevo láser, que se basa en una fibra de fluoruro dopada con lantánidos. Al emitir luz roja a 635 nm, el láser logra pulsos comprimidos con una duración de 168 fs, una potencia máxima de 0,73 kW y una tasa de repetición de 137 MHz. El uso de un diodo láser azul comercial como fuente óptica de energía, o fuente de bombeo, ayudó a que el diseño general fuera robusto, compacto y rentable.

"Siempre que se puedan alcanzar energías y potencias más altas en un futuro próximo, muchas aplicaciones podrían beneficiarse de este tipo de láser", afirmó Marie-Pier Lord, estudiante de doctorado que participa en el proyecto. "Las aplicaciones potenciales incluyen ablación de tejidos biológicos de alta precisión y alta calidad y microscopía de excitación de dos fotones. Los pulsos de láser de femtosegundo también permiten la ablación en frío durante el procesamiento de materiales, un proceso que puede realizar cortes mucho más limpios [que los pulsos más largos] porque no No produce efectos térmicos."

En un láser de fibra, el medio láser es una fibra óptica dopada con elementos de tierras raras. Aunque los láseres de fibra se encuentran entre los sistemas láser de alto brillo más simples, resistentes y confiables, el uso de fibras de sílice tiende a limitarlos a la región espectral del infrarrojo cercano. El grupo de Vallée ha estado trabajando para ampliar el rango espectral de estas fuentes láser utilizando fibras hechas de fluoruro en lugar de sílice.

"Anteriormente nos centramos en el desarrollo de láseres de fibra de infrarrojo medio, pero recientemente hemos ganado interés en los láseres de fibra visible", dijo Lord. "Aunque la falta de fuentes de bombeo compactas y eficientes para tales láseres obstaculizó su desarrollo durante mucho tiempo, la reciente aparición de fuentes láser basadas en semiconductores que operan en el espectro azul ha proporcionado una tecnología clave para el desarrollo de láseres de fibra visible eficientes".

Después de demostrar láseres de fibra que emiten longitudes de onda visibles de forma continua, los investigadores quisieron extender el avance a fuentes pulsadas ultrarrápidas. Gracias al refinamiento en el proceso de fabricación de fibras de fluoruro, ahora es posible obtener fibras dopadas con lantánidos con propiedades esenciales para el desarrollo de láseres de fibra visible eficientes.

El nuevo láser de fibra pulsada desarrollado por el equipo de Vallée combina una fibra de fluoruro dopada con lantánidos con un láser de bomba de diodo azul disponible comercialmente. Para crear y mantener una salida pulsada, los investigadores también tuvieron que descubrir cómo gestionar cuidadosamente la polarización de la luz en la fibra.

"El desarrollo de un láser en una nueva longitud de onda, donde las propiedades materiales de los componentes ópticos son diferentes a los utilizados anteriormente, a veces puede resultar complicado", dijo el coautor Michel Olivier.

"Sin embargo, nuestros experimentos demostraron que el rendimiento de nuestro láser concordaba excelentemente con nuestras simulaciones. Esto confirmó que el sistema se comportaba bien y era comprendido, y que los parámetros importantes del sistema estaban caracterizados adecuadamente y bien adaptados para láseres pulsados. , especialmente las propiedades de la fibra óptica que utilizamos".

A continuación, a los investigadores les gustaría mejorar la tecnología haciendo que la configuración sea completamente monolítica, lo que significa que los componentes ópticos individuales trenzados de fibra estarían todos directamente unidos entre sí. Esto reduciría las pérdidas ópticas de la configuración, mejoraría la eficiencia y haría que el láser fuera más fiable, compacto y robusto. También están investigando diferentes vías para mejorar la energía del pulso, la duración del pulso y la potencia promedio del láser.

Más información: Marie-Pier Lord et al, Láser de fibra de femtosegundo visible, Optics Letters (2023). DOI: 10.1364/OL.492671

Información de la revista:Letras de Óptica

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