Onderzoekers hebben een nieuwe benadering ontwikkeld die een enkele laserholte gebruikt om twee krachtige optische frequentiekammen te creëren die krachtige femtoseconde-pulsen uitzenden. De nieuwe ontwikkeling maakt de weg vrij voor draagbare dual-kam lichtbronnen voor toepassingen zoals spectroscopie en nauwkeurige afstandsmeting.

Optische frequentiekammen zenden een spectrum van kleuren uit - of frequenties - die perfect uit elkaar liggen zoals de tanden op een kam. Twee van dergelijke frequentiekammen met enigszins verschillende pulsherhalingsfrequenties worden vaak gecombineerd om een ​​opstelling met twee kammen te creëren die een stroom van korte pulsen uitzendt.

Benjamin Willenberg van ETH Zürich in Zwitserland zal de nieuwe aanpak presenteren op het volledig virtuele 2020 OSA Laser Congress, 13-16 oktober. De presentatie vindt plaats op vrijdag 16 oktober om 08:30 EDT.

"Onze aanpak stelt ons in staat om een ​​paar frequentiekammen te genereren met een kleine en passief stabiele offset in hun herhalingssnelheid, "zei Willenberg. "Dit lost het al lang bestaande probleem van de hoge complexiteit van dubbele kamsystemen op zonder concessies te doen aan de laserprestaties. Potentiële detectietoepassingen zijn onder meer tijddomeinspectroscopie voor niet-destructief testen, spoorgasdetectie voor industriële en milieumonitoring, en laserbereik voor machine vision-toepassingen."Combineren van kammen

De reeks pulsen die beschikbaar zijn bij dual-kamlasers zijn bijzonder nuttig voor extreem gevoelige en snelle spectroscopiemetingen en het nauwkeurig meten van afstanden via laserbereik. Echter, de behoefte aan twee gestabiliseerde kammen plus complexe synchronisatie-elektronica heeft deze metingen beperkt tot het laboratorium.

In het nieuwe werk de onderzoekers vervingen deze complexe systemen door een eenvoudiger passief stabiele optische benadering. Om een ​​dubbele kam te bereiken, ze gebruikten een enkele laserholte gemultiplext met dubbelbrekende calcietkristallen om laseren in de twee polarisatietoestanden mogelijk te maken. De onderzoekers, Voor de eerste keer, combineerde deze dubbelbrekende kristalpolarisatie-multiplextechniek met een diode-gepompt solid-state laserkristal. Het gebruikte Yb:CaF2-versterkingskristal maakt krachtige femtoseconde-pulsgeneratie mogelijk dankzij de uitstekende thermische eigenschappen en het brede emissiespectrum.

Omdat het nieuwe ontwerp twee frequentiekamlasers creëert met behulp van een enkele optische holte, het zou de ontwikkeling mogelijk kunnen maken van compactere dubbele kammen die flexibiliteit in kracht bieden, golflengte, bandbreedte, en pulsherhalingsfrequenties.

Met de nieuwe opstelling de onderzoekers bereikten pulsen met een duur van 175 femtoseconden en 440 mW vermogen in twee 1050 nm-stralen met een herhalingssnelheidsverschil van 1 kHz. Ze demonstreerden de stabiliteit van het herhalingssnelheidsverschil door met de laser geluidsarme metingen uit te voeren op halfgeleidermaterialen met behulp van asynchrone optische bemonstering. Dit omvatte het gebruik van een ultrasnelle puls om een ​​reactie op te wekken, en een tweede puls om de geïnduceerde verandering te meten.

De volgende stappen voor deze technologie zijn onder meer het ontwikkelen van prototypesystemen in een robuust en draagbaar pakket, wetenschappelijke en industriële toepassingen demonstreren, schalen naar hogere vermogens en hogere herhalingsfrequenties voor snellere metingen, en het opzetten van kanalen om de laser commercieel aan te bieden.