Med demonstrationen av en sub-picosecond tunn-disk laseroscillator som levererar en rekordhög 350-watt genomsnittlig uteffekt, fysiker vid ETH Zürich sätter ett nytt riktmärke och banar vägen mot ännu mer kraftfulla lasrar.

Ultrasnabba laserkällor är kärnan i ett ständigt växande utbud av grundläggande vetenskapliga studier och industriella tillämpningar, från högfältsfysikexperiment med attosekunds tidsupplösning till mikrometerprecisionsbearbetning av material. För att driva kuvertet ännu längre, Upprepningshastigheter på flera megahertz och genomsnittliga uteffekter på hundratals watt krävs. En särskilt övertygande väg för att realisera sådana högeffektlaserpulser är att generera dem direkt genom att skala upp effekten från laseroscillatorer istället för att förlita sig på flerstegsförstärkarsystem, som tillför en hög grad av komplexitet; effektskalning leder till robusta och potentiellt kostnadseffektiva enheter. Rapporterar nyligen in Optik Express , gruppen Ursula Keller vid Institute of Quantum Electronics har nu tagit kraftskalningsmetoden till en ny nivå. De presenterar en källa som kombinerar oscillatorernas enkelhet och höga repetitionsfrekvens med rekordhög genomsnittlig uteffekt från den här typen av laser.

ETH-teamet arbetade med en så kallad tunn-disk laseroscillator, där förstärkningsmediet, materialet i vilket de kvantprocesser som leder till laserning äger rum, är formad som en skiva som är cirka 100 mikrometer tunn. Denna geometri ger en relativt stor yta, vilket i sin tur hjälper till att kyla. Fortfarande, termiska effekter förblev en stor flaskhals, och sedan 2012, rekorduteffekten låg på 275 watt.

Nu, kombinerar flera framsteg inom tunn-disk laserteknologi utvecklad av Keller-gruppen, Ph.D. student Francesco Saltarelli, senior forskare Christopher Phillips och kollegor har uppnått en genomsnittlig uteffekt på 350 watt, med pulser som bara är 940 femtosekunder långa, bär en energi på 39 mikrojoule och upprepa med en hastighet på 8,88 megahertz - värden som är av omedelbart intresse för tillämpningar både inom vetenskap och industri.

En nyckelaspekt i arbetet är att forskarna hittade ett sätt att möjliggöra flera passager av pumpstrålen genom förstärkningsmediet utan att orsaka skadliga termiska effekter, och på så sätt minska belastningen på de relevanta komponenterna. Möjligheten att kontrollera effekter på grund av uppvärmning öppnade porten för att gå över 275-W-nivån och sätta det nya riktmärket. Det tillvägagångssätt som nu utvecklats kan dock tas ännu längre, och uteffekter över 500 watt verkar realistiska. Med ytterligare förbättringar, ETH-forskarna uppskattar, kilowattnivån kan komma i sikte.