Lumière visible inférieure à 20 femtosecondessource laser pulsée accordable
Récemment, une équipe de recherche du Royaume-Uni a publié une étude innovante, annonçant qu'elle avait développé avec succès une lumière visible réglable de niveau mégawatt inférieure à 20 femtosecondes.source laser pulsée. Cette source laser pulsée, ultrarapidelaser à fibreLe système est capable de générer des impulsions avec des longueurs d'onde réglables, des durées ultra-courtes, des énergies allant jusqu'à 39 nanojoules et une puissance de crête dépassant 2 mégawatts, ouvrant de toutes nouvelles perspectives d'application pour des domaines tels que la spectroscopie ultra-rapide, l'imagerie biologique et le traitement industriel.
Le point fort de cette technologie réside dans la combinaison de deux méthodes de pointe : l'amplification non linéaire à gain géré (GMNA) et l'émission d'ondes dispersives résonantes (RDW). Auparavant, pour obtenir des impulsions ultracourtes accordables aussi performantes, il fallait généralement des lasers titane-saphir ou des amplificateurs paramétriques optiques coûteux et complexes. Ces dispositifs étaient non seulement coûteux, encombrants et difficiles à entretenir, mais aussi limités par de faibles taux de répétition et de faibles plages d'accord. La solution tout-fibre développée cette fois-ci simplifie considérablement l'architecture du système, tout en réduisant considérablement les coûts et la complexité. Elle permet la génération directe d'impulsions haute puissance inférieures à 20 femtosecondes, accordables de 400 à 700 nanomètres et au-delà, à une fréquence de répétition élevée de 4,8 MHz. L'équipe de recherche a réalisé cette avancée grâce à une architecture système conçue avec précision. Tout d'abord, ils ont utilisé un oscillateur à fibre d'ytterbium à verrouillage de mode préservant entièrement la polarisation, basé sur un miroir annulaire d'amplification non linéaire (NALM), comme source d'amorçage. Cette conception assure non seulement la stabilité à long terme du système, mais évite également le problème de dégradation des absorbeurs physiques saturés. Après la préamplification et la compression des impulsions, les impulsions d'amorçage sont introduites dans l'étage GMNA. Ce dernier utilise l'automodulation de phase et la distribution de gain asymétrique longitudinale des fibres optiques pour obtenir un élargissement spectral et générer des impulsions ultracourtes avec un chirp linéaire quasi parfait, qui sont ensuite compressées à moins de 40 femtosecondes par des paires de réseaux. Lors de l'étape de génération de l'onde résonante à ondes résonantes (RDW), les chercheurs ont utilisé des fibres à cœur creux antirésonance à neuf résonateurs, conçues et fabriquées par leurs soins. Ce type de fibre optique présente des pertes extrêmement faibles dans la bande des impulsions de pompage et dans la région de la lumière visible, ce qui permet une conversion efficace de l'énergie de l'onde de pompage vers l'onde dispersée et évite les interférences causées par la bande de résonance à fortes pertes. Dans des conditions optimales, l'énergie d'impulsion de dispersion délivrée par le système peut atteindre 39 nanojoules, la largeur d'impulsion la plus courte peut atteindre 13 femtosecondes, la puissance de crête peut atteindre 2,2 mégawatts et le rendement de conversion énergétique peut atteindre 13 %. Plus intéressant encore, en ajustant la pression du gaz et les paramètres de la fibre, le système peut être facilement étendu aux bandes ultraviolette et infrarouge, permettant ainsi un réglage large bande allant de l'ultraviolet profond à l'infrarouge.
Cette recherche revêt non seulement une importance capitale dans le domaine fondamental de la photonique, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour les secteurs industriel et applicatif. Par exemple, dans des domaines tels que l'imagerie par microscopie multiphotonique, la spectroscopie ultrarapide résolue en temps, le traitement des matériaux, la médecine de précision et la recherche en optique non linéaire ultrarapide, ce nouveau type de source lumineuse ultrarapide, compacte, efficace et économique, offrira aux utilisateurs des outils et une flexibilité sans précédent. Surtout dans les scénarios exigeant des taux de répétition élevés, une puissance de crête élevée et des impulsions ultracourtes, cette technologie est incontestablement plus compétitive et présente un potentiel de développement plus important que les systèmes traditionnels titane-saphir ou les systèmes d'amplification paramétrique optique.
À l'avenir, l'équipe de recherche prévoit d'optimiser davantage le système, notamment en intégrant l'architecture actuelle, qui comprend plusieurs composants optiques en espace libre, dans des fibres optiques, ou même en utilisant un seul oscillateur Mamyshev pour remplacer l'oscillateur et l'amplificateur actuels, afin de parvenir à la miniaturisation et à l'intégration du système. De plus, grâce à l'adaptation à différents types de fibres antirésonantes, à l'introduction de gaz actifs Raman et de modules de doublage de fréquence, ce système devrait s'étendre à une bande passante plus large, offrant des solutions laser ultrarapides, à large bande et tout-fibre, pour de multiples domaines tels que l'ultraviolet, la lumière visible et l'infrarouge.
Figure 1. Schéma de principe du réglage du laser pulsé
Date de publication : 28 mai 2025