Un'illustrazione del risonatore Kerr in fibra ottica, che i ricercatori di Rochester hanno utilizzato con un filtro spettrale per creare impulsi laser altamente cinguettanti. Il motivo arcobaleno in primo piano mostra come i colori di un impulso laser cinguettato sono separati nel tempo. Credito: illustrazione dell'Università di Rochester / Michael Osadciw
I ricercatori dell'Università di Rochester descrivono i primi impulsi altamente cinguettati creati utilizzando un filtro spettrale in un risonatore Kerr.
Il Premio Nobel per la Fisica 2018 è stato condiviso dai ricercatori che hanno aperto la strada a una tecnica per creare impulsi laser ultracorti, ma estremamente ad alta energia presso l'Università di Rochester.
Ora i ricercatori dell'Istituto di ottica dell'Università hanno prodotto quegli stessi impulsi ad alta potenza, noti come impulsi a cinguettio, in un modo che funziona anche con apparecchiature economiche e di qualità relativamente bassa. Il nuovo lavoro potrebbe aprire la strada a:
- Migliori sistemi di telecomunicazione ad alta capacità
- Calibrazioni astrofisiche migliorate utilizzate per trovare esopianeti
- Orologi atomici ancora più precisi
- Dispositivi precisi per la misurazione dei contaminanti chimici nell'atmosfera
In un articolo Optica, i ricercatori descrivono la prima dimostrazione di impulsi altamente cinguettanti creati utilizzando un filtro spettrale in un risonatore Kerr, un tipo di semplice cavità ottica che funziona senza amplificazione. Queste cavità hanno suscitato un ampio interesse tra i ricercatori perché possono supportare "una vasta gamma di comportamenti complicati tra cui utili esplosioni di luce a banda larga", afferma il coautore William Renninger, assistente professore di ottica.
Aggiungendo il filtro spettrale, i ricercatori possono manipolare un impulso laser nel risonatore per ampliare il suo fronte d'onda separando i colori del raggio.
Il nuovo metodo è vantaggioso perché "allargando l'impulso, riduci il picco dell'impulso, e ciò significa che puoi quindi inserire più energia complessiva in esso prima che raggiunga un'elevata potenza di picco che causa problemi", afferma Renninger.
Il nuovo lavoro è legato all'approccio utilizzato da I premi Nobel Donna Strickland '89 (PhD) e Gerard Mourou, che ha contribuito a inaugurare una rivoluzione nell'uso della tecnologia laser quando hanno aperto la strada all'amplificazione degli impulsi cinguettati mentre svolgevano ricerche presso il Laboratorio di Energetica Laser dell'Università.
L'opera sfrutta il modo in cui la luce viene dispersa passando attraverso le cavità ottiche. La maggior parte delle cavità precedenti richiede una rara dispersione "anomala", il che significa che la luce blu viaggia più velocemente della luce rossa.
Tuttavia, gli impulsi cinguettati vivono in cavità di dispersione "normali" in cui la luce rossa viaggia più velocemente. La dispersione è detta “normale” perché è il caso molto più comune, che aumenterà notevolmente il numero di cavità che possono generare impulsi.
Le cavità precedenti sono anche progettate per avere una perdita inferiore all'90%, mentre gli impulsi cinguettati possono sopravvivere nella cavità nonostante una perdita di energia molto elevata. "Stiamo mostrando impulsi striduli che rimangono stabili anche con una perdita di energia superiore al XNUMX%, il che sfida davvero la saggezza convenzionale", afferma Renninger.
"Con un semplice filtro spettrale, ora siamo utilizzando perdita per generare impulsi in sistemi con perdita e dispersione normale. Quindi, oltre a migliorare le prestazioni energetiche, apre davvero le porte ai tipi di sistemi che possono essere utilizzati”.
Altri collaboratori includono l'autore principale Christopher Spiess, Qiang Yang e Xue Dong, tutti assistenti di ricerca attuali ed ex laureati nel laboratorio di Renninger, e Victor Bucklew, un ex associato post-dottorato nel laboratorio.
"Siamo molto orgogliosi di questo documento", afferma Renninger. "È passato molto tempo".
Riferimento: "Suolini dissipativi cinguettati in risonatori ottici guidati" di Christopher Spiess, Qian Yang, Xue Dong, Victor G. Bucklew e William H. Renninger, 10 giugno 2021, Optica.
DOI: 10.1364/OTTICA.419771
L'Università di Rochester e il National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering presso i National Institutes of Health hanno sostenuto questo progetto con finanziamenti.
