Pesquisadores demonstram primeiro laser de fibra de femtosegundo com comprimento de onda visível

6 de julho de 2023

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da Optica

Os pesquisadores desenvolveram o primeiro laser de fibra que pode produzir pulsos de femtossegundos na faixa visível do espectro eletromagnético. Lasers de fibra que produzem pulsos ultracurtos e brilhantes de comprimento de onda visível podem ser úteis para uma variedade de aplicações biomédicas, bem como em outras áreas, como processamento de materiais.

Pulsos visíveis de femtossegundos são geralmente obtidos usando configurações complexas e inerentemente ineficientes. Embora os lasers de fibra representem uma alternativa muito promissora devido à sua robustez/confiabilidade, tamanho reduzido, eficiência, menor custo e alto brilho, não foi possível, até agora, produzir pulsos visíveis com durações no femtossegundo (10-15 s ) alcance diretamente com esses lasers.

“Nossa demonstração de um laser de fibra de femtosegundo operando no espectro visível abre caminho para uma nova classe de lasers ultrarrápidos confiáveis, eficientes e compactos”, disse o líder da equipe de pesquisa, Réal Vallée, da Université Laval, no Canadá.

Na Optics Letters, os pesquisadores descrevem seu novo laser, que é baseado em uma fibra de flúor dopada com lantanídeos. Emitindo luz vermelha a 635 nm, o laser atinge pulsos comprimidos com duração de 168 fs, potência de pico de 0,73 kW e taxa de repetição de 137 MHz. O uso de um diodo laser azul comercial como fonte óptica de energia, ou fonte de bomba, ajudou a tornar o projeto geral robusto, compacto e econômico.

“Desde que energias e potências mais elevadas possam ser alcançadas num futuro próximo, muitas aplicações poderão beneficiar deste tipo de laser”, disse Marie-Pier Lord, uma estudante de doutoramento envolvida no projecto. "As aplicações potenciais incluem ablação de tecidos biológicos de alta precisão e alta qualidade e microscopia de excitação de dois fótons. Os pulsos de laser de femtosegundo também permitem a ablação a frio durante o processamento de materiais, um processo que pode fazer cortes muito mais limpos [do que pulsos mais longos] porque não não produz efeitos térmicos."

Em um laser de fibra, uma fibra óptica dopada com elementos de terras raras atua como meio de laser. Embora os lasers de fibra estejam entre os sistemas de laser de alto brilho mais simples, robustos e confiáveis, o uso de fibras de sílica tende a limitá-los à região espectral do infravermelho próximo. O grupo de Vallée tem trabalhado para ampliar o alcance espectral dessas fontes de laser usando fibras feitas de flúor em vez de sílica.

"Anteriormente, nos concentramos no desenvolvimento de lasers de fibra no infravermelho médio, mas recentemente ganhamos interesse em lasers de fibra visível", disse Lord. "Embora a falta de fontes de bombeamento compactas e eficientes para tais lasers tenha impedido seu desenvolvimento por um longo tempo, o recente advento de fontes de laser baseadas em semicondutores operando no espectro azul forneceu uma tecnologia chave para o desenvolvimento de lasers de fibra visível eficientes."

Depois de demonstrar lasers de fibra que emitem comprimentos de onda visíveis continuamente, os pesquisadores queriam estender o avanço para fontes pulsadas ultrarrápidas. Graças ao refinamento no processo de fabricação de fibras de flúor, agora é possível obter fibras dopadas com lantanídeos com propriedades essenciais para o desenvolvimento de lasers de fibra visível eficientes.

O novo laser de fibra pulsada desenvolvido pela equipe de Vallée combina uma fibra de flúor dopada com lantanídeos com um laser de bomba de diodo azul disponível comercialmente. Para criar e manter uma saída pulsada, os pesquisadores também tiveram que descobrir como gerenciar cuidadosamente a polarização da luz na fibra.