Gli scienziati dimostrano un intenso ultravioletto

23 agosto 2023

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a cura del Light Publishing Center, dell'Istituto di ottica di Changchun, della meccanica e della fisica fine, CAS

Un laser bianco supercontinuo a banda ultralarga ad alta luminosità ha attirato sempre più attenzione in fisica, chimica, biologia, scienza dei materiali e altre discipline scientifiche e tecnologiche. Negli ultimi decenni sono stati sviluppati molti approcci diversi per la generazione di laser bianco supercontinuo.

La maggior parte di essi utilizza vari effetti non lineari del terzo ordine (3rd-NL) come la modulazione di autofase (SPM) che si verifica all'interno di fibre di cristalli fotonici microstrutturati o piastre omogenee o fibre a nucleo cavo riempite di gas nobile. Tuttavia, la qualità di queste sorgenti di supercontinuità è stata soggetta ad alcune limitazioni, come l'energia di impulso ridotta a livello di nanojoule e la richiesta di una complessa ingegneria della dispersione.

Un altro mezzo più potente per espandere la gamma spettrale del laser sono i vari effetti non lineari di secondo ordine (2nd-NL) attraverso il promettente percorso dello schema di adattamento quasi di fase (QPM). Tuttavia, questi schemi puramente 2nd-NL sono ancora scarsi nelle prestazioni di scala spettrale e di potenza a causa della larghezza di banda ridotta della pompa, della larghezza di banda di lavoro QPM limitata e dell’efficienza di conversione dell’energia degradata nelle armoniche di ordine superiore.

Francamente, è diventata una grande sfida risolvere queste gravi limitazioni esistenti in entrambi i regimi 2a e 3a NL e sfruttare il meglio di entrambi i mondi per produrre un laser supercontinuo a spettro completo con copertura spettrale dalla gamma UV a quella medio-IR. .

In un nuovo articolo pubblicato su Light: Science & Applications, un team di scienziati, guidato dal professor Zhi-Yuan Li della School of Physics and Optoelectronics, South China University of Technology, Cina e colleghi, hanno dimostrato un intenso effetto di quattro ottave sorgente laser a spettro completo ultravioletto-visibile-infrarosso (UV-Vis-IR) (da 300 nm a 5000 nm a -25 dB dal picco) con l'energia di 0,54 mJ per impulso proveniente da un'architettura a cascata di cavità riempite di gas -core (HCF), una lastra di cristallo nuda di niobato di litio (LN) e un cristallo di niobato di litio con polarità periodica appositamente progettato (CPPLN), che viene pompato da un impulso di pompa nel medio IR da 3,9 mm, 3,3 mJ.

Sotto la pompa di un laser a impulsi a femtosecondi nel medio IR da 3,3 mJ e 3,9 μm, il sistema HCF-LN può generare un intenso impulso laser nel medio IR con larghezza di banda di un'ottava per fungere da ingresso della pompa FW secondaria nel CPPLN, mentre il CPPLN supporta processi HHG a banda larga ad alta efficienza per espandere ulteriormente notevolmente la larghezza di banda spettrale in UV-Vis-NIR. Ovviamente, questa architettura a cascata soddisfa in modo creativo le due precondizioni per la generazione di laser bianco a spettro completo: Condizione 1, un intenso laser a femtosecondi con pompa da un'ottava, e Condizione 2, un cristallo non lineare con larghezza di banda di conversione di frequenza estremamente ampia. Inoltre, il sistema prevede una notevole azione sinergica degli effetti 2nd-NL e 3rd-NL.

Tale meccanismo di sinergia da loro sviluppato apporta un potere superiore per costruire un'espansione superiore dello spettro complessivo del supercontinuum UV-Vis-IR e colmare le lacune spettrali tra i vari HHG superando di gran lunga quelli ottenuti dalla singola azione di 2nd-NL o 3rd Effetti -NL adottati nei lavori precedenti.

Di conseguenza, un modulo ottico HCF-LN-CPPLN in cascata ha consentito l'accesso a un livello precedentemente inaccessibile di un'intensa uscita laser a spettro completo, con non solo una larghezza di banda estremamente ampia (su 4 ottave), ma anche un'elevata piattezza spettrale. profilo (da 300 a 5000 nm con una planarità migliore di 25 dB) e grande energia di impulso (0,54 mJ per impulso).