Desde el mecanizado de precisión hasta la microscopía avanzada, la demanda de mayor potencia -, láser ultra rápido continúa creciendo. Tradicionalmente, los investigadores se han basado en fibras de modo -} para construir estos láseres, pero enfrentan un límite físico fundamental en la producción de energía. Para romper este cuello de botella, hemos recurrido a fibras multimodo, que pueden transportar muchos modos de luz - esencialmente formas de luz - a la vez, una técnica conocida como modo espacial -} (STML).
Sin embargo, hacer que estos diferentes modos trabajen juntos en armonía ha sido un desafío significativo. En nuestra última investigación, publicada enCartas ópticas, hemos desarrollado una nueva técnica que nos permite controlar de precisión e independientemente cada uno de estos modos transversales, lo que lleva a un impulso dramático en la potencia y la versatilidad láser.
El problema central que enfrentamos se conoce como dispersión intermodal. En una fibra multimodo, diferentes modos de luz viajan a velocidades ligeramente diferentes. Este desajuste de velocidad hace que los pulsos láser se extiendan y se separen en el tiempo y el espacio, evitando la formación de pulsos de potencia estables, altos -}. Las técnicas STML anteriores típicamente utilizan un método llamado filtrado espacial para compensar esta dispersión, pero este enfoque limita el número de modos que se pueden bloquear, limitando así la mejora potencial de potencia.
Para resolver esto, propusimos una técnica de control de división de modos transversales. Nuestro enfoque es sencillo: usamos un dispositivo llamado Mode Multiplexer/Demultiplexer (Mux/Demux) para separar el haz mixto dentro de la fibra multimodo en canales individuales, uno para cada modo. Una vez separados, podemos administrar la dispersión (es decir, el retraso de viaje) para cada modo de forma independiente agregando longitudes precisas de fibra compensación a cada canal.
Después de optimizar cada modo, los recombinamos con un multiplexor en un solo haz, potente y coherente. Este método teóricamente nos permite bloquear cualquier cantidad de modos, maximizando el potencial de energía de la fibra.
Implementamos nuestra técnica en una figura - ocho, yb - doped, todos - fibra, spliotemporal, modo - láser bloqueado. Los resultados experimentales fueron muy alentadores. Al bloquear cuatro modos transversales (LP01, LP11, LP21 y LP02) simultáneamente, logramos pulsos de solitones disipativos con 15 NJ de energía a una tasa de repetición de 14.49 MHz.
De manera crucial, demostramos que la potencia de salida se escala con el número de modos participantes. Cuando cuatro modos se bloquearon simultáneamente, la eficiencia de la pendiente del láser - una medida de cuán eficientemente convierte la potencia de la bomba en potencia de salida {}}} alcanzó el 7.9%, que es más del doble de la eficiencia del 3.79% de la operación de modo -}}}.
Además, nuestra técnica ofrece capacidades de modelado de haz sin precedentes -. Al seleccionar dinámicamente la combinación de modos involucrados en el bloqueo de modo -, generamos con éxito un cuasi - plano - haz superior con un perfil de intensidad uniforme. Este haz especializado logró una potencia de salida promedio de 150 mW y una energía de pulso única de 10.4 NJ en una potencia de bomba de 3 W. Nuestro láser también demostró una excelente estabilidad de término -}, con un centro mínimo - Drift de frecuencia después de 12 horas de operación continua.
En conclusión, hemos desarrollado y validado experimentalmente una nueva técnica de control que supera el cuello de botella de escalabilidad de potencia central - en los láseres de fibra STML. Al controlar independientemente la dispersión de cada modo transversal, nuestro esquema proporciona una ruta viable para sincronizar cualquier número de modos y maximizar la extracción de energía.
Creemos que este marco universal para el control de la dinámica espacio -temporal multi - pavimenta el camino para la próxima generación de fuentes de luz ultrarrápidas, prometiendo aplicaciones impactantes en la fabricación de precisión, microscopía no lineal y ciencia de attosegundos.
Esta historia es parte del diálogo de Science X, donde los investigadores pueden informar los resultados de sus artículos de investigación publicados. Visite esta página para obtener información sobre el diálogo de Science X y cómo participar.
