I ricercatori dell’Università di Hunan hanno svelato la dinamica dell’emissione laser, dimostrando come il mode-locking armonico si sviluppi negli oscillatori Mamyshev in fibra.
Gli scienziati dell’Università di Hunan, in Cina, hanno catturato il momento in cui un laser “prende vita”. Utilizzando una tecnica speciale per filmare la luce laser in tempo reale, i ricercatori hanno osservato come più impulsi crescano e si organizzino in un ritmo stabile. Invece di un singolo impulso che si divide in molti (come si pensava in precedenza), questi impulsi vengono amplificati ed evolvono attraverso cinque fasi rapide, dal caos iniziale alla sincronizzazione perfetta. Questa scoperta non solo approfondisce la comprensione del funzionamento dei laser, ma potrebbe anche portare a tecnologie più precise e veloci nella comunicazione, nella misurazione e nella produzione.
L’oscillatore Mamyshev (MO) è un tipo di laser in fibra in grado di produrre impulsi laser ad alta energia a una frequenza di ripetizione regolabile. Si tratta di un laser mode-locked che utilizza la luce che viaggia all’interno di una cavità a circuito chiuso per produrre emissione laser. Il mode-locking armonico (HML) è una forma avanzata di processo di mode-locking in cui più impulsi laser vengono prodotti in un unico percorso di luce. Gli MO che utilizzano HML sono utilizzati per diverse applicazioni avanzate come la comunicazione ottica, la metrologia di frequenza e la microlavorazione.
Nonostante le crescenti applicazioni degli MO HML, comprendere la dinamica di accumulo di luce degli HML all’interno di questi laser è una sfida sperimentale. In un recente studio pubblicato sul Journal of Lightwave Technology, i ricercatori cinesi hanno scoperto la dinamica di accumulo di HML in un MO modificato con erbio interamente fibrato. Sono riusciti a ottenere impulsi HML in uscita di diversi ordini. In questi risultati, il rapporto segnale/rumore di tutti i treni di impulsi armonici provenienti dal MO interamente in fibra ha superato gli 80 dB, dimostrando l’elevata stabilità dell’uscita. Inoltre hanno studiato la dinamica transitoria durante il processo di avvio dell’HML nel MO.
“La dinamica iniziale dell’HML nell’MO, caratterizzata dalla tecnica della trasformata di Fourier dispersiva time-stretch (TS-DFT), ha rivelato che la generazione di HML non è dominata dall’effetto di splitting del singolo impulso, ma dall’amplificazione dei molteplici impulsi di seeding nell’oscillatore” spiega l’autore Ning Li.
I risultati degli esperimenti
I risultati sperimentali e di simulazione hanno mostrato che, in queste condizioni, gli impulsi seed iniziali all’interno della cavità si evolvono in impulsi stabili e indipendenti attraverso processi come l’amplificazione del guadagno e la ridistribuzione dell’energia, portando infine a uno stato HML stabile all’interno del risonatore: “I risultati del nostro studio possono approfondire la comprensione del funzionamento dell’HML negli MO e possono fornire un modo attivo per controllare la dinamica degli impulsi transitori nei sistemi laser ultraveloci ad alte prestazioni” aggiunge Li.
Nel complesso, questo studio ha ampliato la comprensione della dinamica dell’accumulo di luce negli MO, in particolare per i laser avanzati che utilizzano HML. Inoltre lo studio mette in discussione la comprensione convenzionale del processo di accumulo ed emissione della luce negli MO. Oltre a chiarire la fisica di base, le intuizioni offerte dallo studio possono portare a una progettazione migliore dei MO, favorendone l’utilizzo in diversi campi.
Foto Journal of Lightwave Technology
