Forskare har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt som använder en enda laserkavitet för att skapa två optiska frekvenskammar med hög effekt som avger femtosekundpulser med hög effekt. Den nya utvecklingen banar väg för bärbara dubbelkammiga ljuskällor för applikationer som spektroskopi och precisionsavståndsmätning.

Optiska frekvenskammar avger ett spektrum av färger – eller frekvenser – som är perfekt åtskilda som tänderna på en kam. Två sådana frekvenskammar med något olika pulsrepetitionshastigheter kombineras ofta för att skapa en dubbelkammaruppsättning som avger en ström av korta pulser.

Benjamin Willenberg från ETH Zürich i Schweiz kommer att presentera det nya tillvägagångssättet på den helt virtuella 2020 OSA Laser Congress, 13—16 oktober. Presentationen äger rum fredag, 16 oktober kl 08:30 EDT.

"Vårt tillvägagångssätt tillåter oss att generera ett par frekvenskammar med en liten och passivt stabil offset i deras repetitionsfrekvens, ", sa Willenberg. "Detta löser det långvariga problemet med den höga komplexiteten hos dubbla kamsystem utan att kompromissa med laserprestanda. Potentiella avkänningstillämpningar inkluderar tidsdomänspektroskopi för oförstörande testning, spårgasdetektion för industri- och miljöövervakning, och laseravstånd för maskinseendeapplikationer." Kombinera kammar

Pulståget som är tillgängligt från dubbla kamlasrar är särskilt användbara för extremt känsliga och snabba spektroskopimätningar och exakt mätning av avstånd via laseravståndsmätning. Dock, behovet av två stabiliserade kammar plus komplex synkroniseringselektronik har begränsat dessa mätningar till laboratoriet.

I det nya verket, forskarna ersatte dessa komplexa system med en enklare passivt stabil optisk metod. För att uppnå dubbelkamdrift, de använde en enda laserkavitet multiplexerad med dubbelbrytande kalcitkristaller för att möjliggöra lasring i de två polarisationstillstånden. Forskarna, för första gången, kombinerade denna dubbelbrytande kristallpolarisationsmultiplexeringsteknik med en diodpumpad solid-state laserkristall. Yb:CaF2 förstärkningskristallen som används möjliggör högeffekts femtosekundpulsgenerering på grund av dess utmärkta termiska egenskaper och breda emissionsspektrum.

Eftersom den nya designen skapar två frekvenskamlasrar med en enda optisk kavitet, det skulle kunna möjliggöra utvecklingen av mer kompakta dubbla kammar som erbjuder flexibilitet i kraft, våglängd, bandbredd, och pulsrepetitionsfrekvenser.

Med den nya inställningen, forskarna uppnådde pulser med en varaktighet på 175 femtosekunder och 440 mW effekt i två strålar på 1050 nm med en repetitionsfrekvensskillnad på 1 kHz. De demonstrerade stabiliteten hos repetitionshastighetsskillnaden genom att använda lasern för att utföra lågbrusmätningar på halvledarmaterial med hjälp av asynkron optisk sampling. Detta involverade att använda en ultrasnabb puls för att utlösa en reaktion, och en andra puls för att mäta den inducerade förändringen.

Nästa steg för denna teknik inkluderar utveckling av prototypsystem i ett robust och bärbart paket, demonstrera vetenskapliga och industriella tillämpningar, skalning till högre krafter och högre upprepningsfrekvens för snabbare mätningar, och inrätta kanaler för att erbjuda lasern kommersiellt.