Met de demonstratie van een sub-picoseconde dunne-schijflaseroscillator die een recordhoog gemiddeld uitgangsvermogen van 350 watt levert, natuurkundigen van ETH Zürich zetten een nieuwe maatstaf en effenen het pad naar nog krachtigere lasers.

Ultrasnelle laserbronnen vormen de kern van een steeds groter wordende reeks fundamentele wetenschappelijke studies en industriële toepassingen, van high-field physics-experimenten met attoseconde temporele resolutie tot micrometer-precisie machinale bewerking van materialen. Om de envelop nog verder te duwen, herhalingsfrequenties van enkele megahertz en gemiddelde uitgangsvermogens van honderden watts zijn vereist. Een bijzonder overtuigende manier om dergelijke krachtige laserpulsen te realiseren, is om ze rechtstreeks te genereren door het uitgangsvermogen van laseroscillatoren op te schalen in plaats van te vertrouwen op meertrapsversterkersystemen. die een hoge mate van complexiteit toevoegen; power scaling leidt tot robuuste en potentieel kosteneffectieve apparaten. Melding onlangs in Optica Express , de groep van Ursula Keller van het Institute of Quantum Electronics heeft de power-scaling-aanpak nu naar een nieuw niveau getild. Ze presenteren een bron die de eenvoud en hoge herhalingssnelheden van oscillatoren combineert met een recordhoog gemiddeld uitgangsvermogen van dit type laser.

Het ETH-team werkte met een zogenaamde dunne-schijflaseroscillator, waar het versterkingsmedium, het materiaal waarin de kwantumprocessen die tot laseren leiden plaatsvinden, heeft de vorm van een schijf van ongeveer 100 micrometer dun. Deze geometrie biedt een relatief groot oppervlak, wat op zijn beurt helpt om af te koelen. Nog altijd, thermische effecten bleven een belangrijk knelpunt, en sinds 2012 het record uitgangsvermogen bedroeg 275 watt.

Nutsvoorzieningen, het combineren van verschillende ontwikkelingen in dunne-schijflasertechnologie ontwikkeld door de Keller-groep, doctoraat student Francesco Saltarelli, senior onderzoekswetenschapper Christopher Phillips en collega's hebben een gemiddeld uitgangsvermogen van 350 watt bereikt, met pulsen die slechts 940 femtoseconden lang zijn, hebben een energie van 39 microjoule en herhalen zich met een snelheid van 8,88 megahertz - waarden die van direct belang zijn voor toepassingen in zowel de wetenschap als de industrie.

Een belangrijk aspect van het werk is dat de onderzoekers een manier hebben gevonden om verschillende passages van de pompstraal door het versterkingsmedium mogelijk te maken zonder nadelige thermische effecten te veroorzaken, en zo de spanning op de relevante componenten te verminderen. De mogelijkheid om effecten als gevolg van verwarming te beheersen, opende de poort om stevig boven het 275-W-niveau te gaan en de nieuwe maatstaf te zetten. De nu ontwikkelde aanpak kan echter nog verder worden ontwikkeld, en uitgangsvermogens van meer dan 500 watt lijken realistisch. Met verdere verbeteringen, de ETH-onderzoekers schatten, het kilowattniveau zou in zicht kunnen komen.