Enkelt laser producerer højeffekt dual kam femtosekund pulser

Forskere har udviklet en ny tilgang, der bruger et enkelt laserhulrum til at skabe to højeffekt optiske frekvenskamme, der udsender højeffekt femtosekund-impulser. Den nye udvikling baner vejen for bærbare dual-comb lyskilder til applikationer som spektroskopi og præcisionsafstandsmåling.

Optiske frekvenskamme udsender et spektrum af farver - eller frekvenser - der er perfekt fordelt som tænderne på en kam. To sådanne frekvenskamme med lidt forskellige pulsgentagelseshastigheder kombineres ofte for at skabe en dobbeltkamme opsætning, der udsender en strøm af korte pulser.

Benjamin Willenberg fra ETH Zürich i Schweiz vil præsentere den nye tilgang på den helt virtuelle 2020 OSA Laser Congress, 13—16 oktober. Præsentationen finder sted fredag ​​d. 16. oktober kl. 08:30 EDT.

"Vores tilgang giver os mulighed for at generere et par frekvenskamme med en lille og passivt stabil offset i deres gentagelseshastighed, " sagde Willenberg. "Dette løser det langvarige problem med den høje kompleksitet af dobbeltkammesystemer uden at gå på kompromis med laserens ydeevne. Potentielle registreringsapplikationer omfatter tidsdomænespektroskopi til ikke-destruktiv testning, sporgasdetektion til industriel og miljøovervågning, og laserområde til maskinsynsapplikationer."Kombinering af kamme

Pulstoget, der er tilgængeligt fra dobbeltkammelasere, er særligt anvendeligt til ekstremt følsomme og hurtige spektroskopimålinger og præcis måling af afstande via laserafstandsmåling. Imidlertid, Behovet for to stabiliserede kamme plus kompleks synkroniseringselektronik har begrænset disse målinger til laboratoriet.

I det nye værk, forskerne erstattede disse komplekse systemer med en enklere passivt stabil optisk tilgang. For at opnå dobbeltkamme drift, de brugte et enkelt laserhulrum multiplekset med dobbeltbrydende calcitkrystaller for at muliggøre lasering i de to polarisationstilstande. Forskerne, for første gang, kombinerede denne dobbeltbrydende krystalpolarisationsmultiplekseringsteknik med en diodepumpet faststoflaserkrystal. Den anvendte Yb:CaF2 gain krystal muliggør højeffekt femtosekund pulsgenerering på grund af dens fremragende termiske egenskaber og brede emissionsspektrum.

Fordi det nye design skaber to frekvenskamlasere ved hjælp af et enkelt optisk hulrum, det kunne muliggøre udviklingen af ​​mere kompakte dobbeltkamme, der tilbyder fleksibilitet i kraft, bølgelængde, båndbredde, og pulsgentagelseshastigheder.

Med den nye opsætning, forskerne opnåede pulser med en varighed på 175 femtosekunder og 440 mW effekt i to 1050-nm stråler med en gentagelseshastighedsforskel på 1 kHz. De demonstrerede stabiliteten af ​​gentagelseshastighedsforskellen ved at bruge laseren til at udføre støjsvage målinger på halvledermaterialer ved hjælp af asynkron optisk sampling. Dette involverede at bruge en ultrahurtig puls til at udløse en reaktion, og en anden puls til at måle den inducerede ændring.

De næste trin for denne teknologi omfatter udvikling af prototypesystemer i en robust og bærbar pakke, demonstrere videnskabelige og industrielle anvendelser, skalering til højere kræfter og højere gentagelseshastigheder for hurtigere målinger, og opsætning af kanaler til at tilbyde laseren kommercielt.