Исследователи из Университета Рочестера устанавливают новый стандарт, когда речь заходит о производстве сверхбыстрых лазерных импульсов в более широком диапазоне длин волн, чем традиционные лазерные источники.

источник: i24.info

В работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, Уильям Реннингер, доцент кафедры оптики, вместе с сотрудниками своей лаборатории описал новое устройство, получившее название «растянутый импульсный солитонный резонатор Керра», которое повышает производительность сверхбыстрых лазерных импульсов. Эта работа имеет важное значение для целого ряда инженерных и биомедицинских применений, включая спектроскопию, синтез частот, дистанционное ранжирование, генерацию импульсов и другие.

В растянутом импульсном солитонном резонаторе Керра, разработанном лабораторией Уильяма Реннингера, одночастотный лазер входит в кольцевую полость волокна, генерируя на выходе широкую полосу частот гребенки, поддерживающей ультракороткие фемтосекундные импульсы. Внутри полости волокна импульсы растягиваются и сжимаются во времени, достигая минимальной длительности дважды в полости вблизи центра каждой из двух секций волокна. Растяжение и сжатие временной эволюции является характерной особенностью фемтосекундных растянутых импульсных солитонных резонаторов Керра.

Устройство создает сверхбыстрый лазерный импульс-порядка фемтосекунды, или одной квадриллионной секунды-который освобождается от физических ограничений, присущих источникам лазерного излучения-того, что лазерные ученые называют лазерным усилением-и пределов длин волн источников.

«Проще говоря, это самый короткий импульс, когда-либо поступавший от оптоволоконного источника без усиления», — говорит Реннингер.

Реннингер и его команда аспирантов и аспирантов усовершенствовали резонаторы Керра-захватывающую новую альтернативу для генерации фемтосекундных лазерных импульсов, которые были предметом значительных исследований.

Лаборатория преодолела проблему длительности импульсов в других вариантах резонаторов Керра, обнаружив новый солитон-короткую вспышку или локализованную огибающую волны, которая сохраняет свою форму при распространении с постоянной скоростью. Солитоны, генерируемые в приборе Реннингера, отличаются от солитонов в других резонаторах Керра, в частности формой и поведением создаваемых ими растягивающих импульсов.

«Он стабилен в том смысле, что он продолжает повторять одно и то же снова и снова, становясь длиннее, затем короче, длиннее, затем короче», — говорит Реннингер.

Импульсы «имеют широкую спектральную полосу пропускания и сжатую длительность импульса в 210 фемтосекунд, что является самой короткой длительностью импульса, наблюдаемой на сегодняшний день из волоконных резонаторов Керра», утверждают исследователи в статье.

Ведущий автор Сюэ Дун является аспирантом-исследователем в лаборатории Реннингера. Помимо Реннингера, другими соавторами являются Цянь Ян и Кристофер спайс, также аспиранты-исследователи в лаборатории, и Виктор Баклью, бывший аспирант в лаборатории.

Исследование частично финансировалось фондом технологического развития университета, премией университета за научные исследования и Национальными институтами здравоохранения. Патент находится на рассмотрении. Заинтересованные стороны могут связаться с Кертисом Бродбентом, менеджером по лицензированию URVentures, чтобы получить лицензию на эту технологию.

Сделать сверхбыстрые лазеры более доступными

Реннингер, специалист по созданию источников для фемтосекундных лазеров, получил степень бакалавра и доктора философии по прикладной физике в Корнельском университете. До прихода в Институт оптики он был аспирантом и младшим научным сотрудником на кафедре прикладной физики Йельского университета.

Недавно он получил премию Национального научного фонда за карьеру, которая включает финансирование создания открытого доступа к информации для проектирования и создания передовых лазерных источников, генерирующих фемтосекундные импульсы.

«Сейчас есть коммерческие продукты, но они очень дорогие. Они непосильны для многих исследовательских групп с ограниченным бюджетом на оборудование», — говорит Реннингер.

Большая часть затрат приходится на экспертизу, а не на компоненты, поэтому его группа будет использовать часть финансирования карьеры для предоставления консультаций исследовательским группам в небольших университетах по проектированию и созданию фемтосекундных лазеров для фундаментальных исследований.

«Конечная цель состоит в том, чтобы иметь руководство по дизайну, опубликованное на нашем веб-сайте для всех», — говорит Реннингер.