Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque que utiliza una única cavidad láser para crear dos peines de frecuencia óptica de alta potencia que emiten pulsos de femtosegundos de alta potencia. El nuevo desarrollo allana el camino para las fuentes de luz portátiles de doble peine para aplicaciones como espectroscopia y medición de distancia de precisión.

Los peines de frecuencia óptica emiten un espectro de colores, o frecuencias, que están perfectamente espaciados como los dientes de un peine. Dos de estos peines de frecuencia con tasas de repetición de pulsos ligeramente diferentes a menudo se combinan para crear una configuración de doble peine que emite una corriente de pulsos cortos.

Benjamin Willenberg de ETH Zurich en Suiza presentará el nuevo enfoque en el Congreso de Láser OSA 2020 totalmente virtual, 13-16 de octubre. La presentación tendrá lugar el viernes, 16 de octubre a las 08:30 EDT.

"Nuestro enfoque nos permite generar un par de peines de frecuencia con un desplazamiento pequeño y pasivamente estable en su tasa de repetición, ", dijo Willenberg." Esto resuelve el problema de larga data de la alta complejidad de los sistemas de doble peine sin comprometer el rendimiento del láser. Las posibles aplicaciones de detección incluyen espectroscopía en el dominio del tiempo para pruebas no destructivas, Detección de gases traza para monitoreo industrial y ambiental. y rango láser para aplicaciones de visión artificial. "Combinando peines

El tren de pulsos disponible de los láseres de doble peine es particularmente útil para mediciones espectroscópicas extremadamente sensibles y rápidas y para medir distancias con precisión a través del rango láser. Sin embargo, la necesidad de dos peines estabilizados más una electrónica de sincronización compleja ha restringido estas mediciones al laboratorio.

En el nuevo trabajo los investigadores reemplazaron estos sistemas complejos con un enfoque óptico pasivamente estable más simple. Para lograr la operación de doble peine, utilizaron una única cavidad láser multiplexada con cristales de calcita birrefringentes para permitir el láser en los dos estados de polarización. Los investigadores, por primera vez, combinó esta técnica de multiplexación de polarización de cristal birrefringente con un cristal láser de estado sólido bombeado por diodos. El cristal de ganancia Yb:CaF2 utilizado permite la generación de pulsos de femtosegundos de alta potencia debido a sus excelentes propiedades térmicas y amplio espectro de emisión.

Debido a que el nuevo diseño crea dos láseres de peine de frecuencia utilizando una sola cavidad óptica, Podría permitir el desarrollo de peines duales más compactos que ofrecen flexibilidad en el poder, longitud de onda, banda ancha, y tasas de repetición de pulsos.

Con la nueva configuración, los investigadores lograron pulsos con una duración de 175 femtosegundos y 440 mW de potencia en dos haces de 1050 nm con una diferencia de frecuencia de repetición de 1 kHz. Demostraron la estabilidad de la diferencia de tasa de repetición usando el láser para realizar mediciones de bajo ruido en materiales semiconductores usando muestreo óptico asíncrono. Esto implicó el uso de un pulso ultrarrápido para desencadenar una reacción, y un segundo pulso para medir el cambio inducido.

Los próximos pasos para esta tecnología incluyen el desarrollo de sistemas prototipo en un paquete robusto y portátil, demostrando aplicaciones científicas e industriales, escalado a potencias más altas y tasas de repetición más altas para mediciones más rápidas, y establecimiento de canales para ofrecer el láser comercialmente.