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Solitoni dissipativi per laser a fibra con accoppiamento di modi

Il concetto relativo ai solitoni dissipativi ha fornito ai ricercatori finanziati dall’UE una struttura eccellente per comprendere le complesse dinamiche dei laser a fibra con accoppiamento di modi. I risultati hanno stimolato progetti laser innovativi basati sui nanotubi di carbonio.
Solitoni dissipativi per laser a fibra con accoppiamento di modi
Gli impulsi laser ultracorti ad alta energia alle varie lunghezze d’onda sono necessari per una vasta gamma di applicazioni scientifiche e industriali. Poiché possiedono vantaggi come compattezza e robustezza, i laser a fibra sono considerati candidati attraenti per la generazione di impulsi laser ultracorti.

Finora, tuttavia, i laser a fibra non tengono il passo delle loro controparti a stato solido in quanto a potenza di impulso e durata. Per migliorare le prestazioni dei laser a fibra, sono stati proposti diversi meccanismi con accoppiamento di modi, tra cui solitoni e similaritoni gestiti a livello di dispersione e solitoni dissipativi.

I ricercatori finanziati dall’UE hanno studiato l’utilizzo dell’accoppiamento di modi con solitoni dissipativi. Nell’ambito del progetto DISCANT (High-energy dissipative soliton dispersion-managed fibre laser based on carbon nanotubes), hanno cercato dei metodi per sfruttare tale meccanismo in modo tale da garantire un buon equilibrio tra non-linearità e dispersione, ma anche tra guadagno e perdite.

Dopo aver analizzato a livello numerico le dinamiche degli impulsi inter-cavità, i ricercatori hanno proposto l’utilizzo di nanotubi di carbonio a parete singola (SWNT, single-walled carbon nanotubes). Combinando SWNT di differenti diametri e chiralità è possibile realizzare laser a fibra con accoppiamento di modi sintonizzabili su una vasta gamma di lunghezze d’onda.

Gli SWNT mostrano non-linearità ottica, breve tempo di rilassamento del trasportatore ed elevata soglia relativa ai danni. Anche per una desintonizzazione con lunghezza d’onda di centinaia di nanometri, è possibile osservare un apprezzabile assorbimento saturabile ottico. Queste caratteristiche implicano un grande potenziale per i laser sintonizzabili a banda larga.

I ricercatori hanno prestato particolare attenzione ai solitoni dissipativi in un laser interamente a fibra drogato con itterbio avente un accoppiamento di modi basato sui nanotubi SWNT. Con la dispersione ottimale della cavità, l’oscillatore potrebbe generare impulsi di 8,4 picosecondi. Attraverso un’ulteriore compressione fuori dalla cavità, sono stati raggiunti impulsi più brevi di 118 femtosecondi.

L’operazione sperimentale ha confermato la validità della proposta iniziale. I risultati del progetto DISCANT non solo hanno permesso un avanzamento della comprensione relativa ai laser a fibra con accoppiamento di modi, ma è stato fatto un passo importante nel raggiungimento di impulsi laser ultracorti ad alta energia, importanti per una vasta gamma di applicazioni.

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Keywords

Solitoni dissipativi, accoppiamento di modi, laser a fibra, nanotubi di carbonio, impulsi laser ultracorti, DISCANT