Lumière visible inférieure à 20 femtosecondessource laser pulsée accordable
Récemment, une équipe de recherche britannique a publié une étude novatrice annonçant avoir développé avec succès un dispositif de lumière visible accordable de niveau mégawatt et de durée inférieure à 20 femtosecondes.source laser pulséeCette source laser pulsée, ultrarapidelaser à fibreCe système est capable de générer des impulsions avec des longueurs d'onde réglables, des durées ultracourtes, des énergies allant jusqu'à 39 nanojoules et une puissance de crête dépassant 2 mégawatts, ouvrant ainsi de toutes nouvelles perspectives d'application dans des domaines tels que la spectroscopie ultrarapide, l'imagerie biologique et les procédés industriels.
L'atout majeur de cette technologie réside dans la combinaison de deux méthodes de pointe : l'amplification non linéaire à gain contrôlé (GMNA) et l'émission d'ondes dispersives résonantes (RDW). Auparavant, l'obtention d'impulsions ultracourtes accordables de haute performance nécessitait généralement des lasers titane-saphir ou des amplificateurs paramétriques optiques, dispositifs coûteux et complexes. Ces derniers étaient non seulement onéreux, encombrants et difficiles à entretenir, mais également limités par de faibles fréquences de répétition et plages d'accord. La solution entièrement fibrée développée ici simplifie considérablement l'architecture du système et réduit fortement les coûts et la complexité. Elle permet la génération directe d'impulsions de forte puissance, inférieures à 20 femtosecondes et 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 totalement la polarisation et basé sur un miroir annulaire d'amplification non linéaire (NALM), comme source d'amorçage. Cette conception garantit non seulement la stabilité à long terme du système, mais évite également le problème de dégradation lié à la saturation physique des absorbeurs. Après préamplification et compression d'impulsion, les impulsions d'amorçage sont introduites dans l'étage GMNA. Le GMNA exploite l'automodulation de phase et la distribution asymétrique longitudinale du gain dans les fibres optiques pour obtenir un élargissement spectral et générer des impulsions ultracourtes à chirp quasi linéaire, lesquelles sont finalement comprimées à moins de 40 femtosecondes par des paires de réseaux. Lors de l'étape de génération de l'onde dispersée (RDW), les chercheurs ont utilisé des fibres à cœur creux anti-résonantes à neuf résonateurs, conçues et fabriquées en interne. Ce type de fibre optique présente des pertes extrêmement faibles dans la bande de fréquences de la pompe et dans le domaine du visible, permettant une conversion efficace de l'énergie de la pompe vers l'onde dispersée et évitant les interférences dues à la bande de résonance à fortes pertes. Dans des conditions optimales, l'énergie de l'impulsion d'onde de dispersion produite par le système peut atteindre 39 nanojoules, la durée minimale d'impulsion 13 femtosecondes, la puissance de crête 2,2 mégawatts et le rendement de conversion énergétique 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 une large bande passante de l'ultraviolet profond à l'infrarouge.
Cette recherche revêt une importance capitale non seulement dans le domaine fondamental de la photonique, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour les secteurs industriels et applicatifs. 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 de lumière ultrarapide, compact, efficace et économique, offrira aux utilisateurs des outils et une flexibilité sans précédent. En particulier, dans les applications exigeant des taux de répétition élevés, une puissance de crête importante et des impulsions ultracourtes, cette technologie est incontestablement plus compétitive et présente un potentiel de développement supérieur aux systèmes traditionnels à base de titane-saphir ou 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, voire en remplaçant l'oscillateur et l'amplificateur actuels par un seul oscillateur de Mamyshev, afin de miniaturiser et d'intégrer le système. De plus, grâce à l'adaptation à différents types de fibres anti-résonantes, à l'introduction de gaz actifs Raman et de modules de doublage de fréquence, ce système devrait pouvoir couvrir une bande passante plus large, offrant ainsi des solutions laser ultrarapides, à large bande et entièrement fibrées pour de multiples domaines tels que l'ultraviolet, le visible et l'infrarouge.
Figure 1. Schéma de principe du réglage du laser pulsé
Date de publication : 28 mai 2025