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Laser ottici a impulsi ultracorti migliorati

I laser a fibra ottica con modi vincolati (MLFL), semplici da produrre ed economicamente vantaggiosi, offrono impulsi ultracorti e sono importanti nelle applicazioni che vanno dalle comunicazioni al medical imaging. Nuove tecnologie di stabilizzazione garantiranno la robustezza degli impulsi generati.

Economia digitale

I laser a fibra ottica con fibra ottica drogata come mezzo di guadagno hanno dimostrato enormi progressi negli ultimi anni. Assicurare l’altissima stabilità delle caratteristiche degli impulsi generati è essenziale per molte applicazioni. Il progetto di formazione HARMOFIRE (Harmonic mode-locked fibre lasers, laser a fibra ottica con modi vincolati in armonica) finanziato dall’UE è stato lanciato per la formazione di un giovane e promettente ricercatore nell’ambito dello sviluppo di laser in fibra ottica con l’obiettivo di ottenere una stabilizzazione redditizia. Le attività hanno combinato approcci sperimentali e teorici. Il mode locking in armonica costituisce una tecnica avanzata che permette di ottenere tassi di ripetizione degli impulsi molto elevati. Molteplici impulsi ultracorti vengono diffusi nel risonatore laser con spaziatura temporale costante per superare i limiti del risuonatore relativi alla frequenza di ripetizione di un singolo impulso. Sono stati progettati e prodotti nuovi MLFL in armonica dotati di assorbitore saturabile con nanotubi al carbonio (CNT) e fibra di guadagno altamente dopata con erbio. Gli assorbitori saturabili CNT sono stati ampiamente utilizzati in applicazioni con mode locking, dimostrando risposte rapide e funzionamento a banda larga. L’insensibilità di polarizzazione degli assorbitori saturabili CNT li rende utili per lo studio relativo agli attrattori di polarizzazione nei laser con modi vincolati. Il team ha continuato a studiare nel dettaglio le dinamiche di polarizzazione delle molecole costituite da solitoni vettore all’interno di questo paradigma. I solitoni sono impulsi con un equilibrio preciso di effetti dispersivi e non lineari tali da mantenere la propria forma temporale e spettrale anche su lunghe distanze di propagazione. Inoltre, i solitoni possono presentare stati legati con separazioni di fase fisse e discrete. Sono stati osservati solitoni vettore con vari attrattori di polarizzazione e modi vincolati fino all’undicesima armonica (le armoniche sono multipli interi della frequenza originale della luce). L’integrazione di un meccanismo di accoppiamento dei modi (reticoli di Bragg in fibra inclinata) nella cavità laser ha stabilizzato la frequenza di ripetizione e migliorato le prestazioni di rumore dei laser nei casi in cui si opera in ampio spettro di armoniche (superiori alla quinta armonica). Tale integrazione ha permesso un funzionamento in armonica stabile per 16 ore fino alla diciannovesima armonica, con ripetizione dell’impulso a 460 MHz. MLFL stabilizzati e un’elevata flessibilità nella generazione di stati dinamici di polarizzazione consentiranno un’importante innovazione nelle comunicazioni, nella cattura degli atomi e delle nanoparticelle, e per il controllo della magnetizzazione. Pertanto, si pensa che i risultati del progetto HARMOFIRE trovino un’applicazione diffusa.

Parole chiave

Laser ottici, laser a fibra ottica con modi vincolati, impulsi ultracorti, tecnologie di stabilizzazione, mode locking dell’armonica

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