Udoskonalone lasery optyczne o ultrakrótkim impulsie
Lasery światłowodowe, wykorzystujące domieszkowane światłowody jako obszar aktywny, zostały w ostatnich latach znacząco udoskonalone. Bardzo wysoka stabilność cech generowanych impulsów jest niezbędna w wielu zastosowaniach. Celem finansowanego ze środków UE projektu HARMOFIRE (Harmonic mode-locked fibre lasers) było przeszkolenie obiecujących młodych badaczy z zakresu budowy laserów światłowodowych, ze szczególnym naciskiem na niedrogie metody stabilizacji. W pracach połączono podejście eksperymentalne i teoretyczne. Harmoniczna synchronizacja modów to zaawansowana technika umożliwiająca generowanie impulsów z bardzo dużą powtarzalnością. Zwielokrotnione ultrakrótkie impulsy obiegają rezonator lasera w stałych odstępach czasowych, co pozwala pokonać ograniczenia rezonatora dotyczące szybkości powtarzania pojedynczych impulsów. Zaprojektowano i wytworzono nowe harmoniczne MLFL z nasyconym absorberem z nanorurek węglowych (CNT) oraz domieszkowanym dużą ilością erbu światłowodem. Uczeni wykorzystali absorbery z CNT do synchronizacji modów, uzyskując krótkie czasy reakcji i parametry szerokopasmowe. Intensywność polaryzacji wykonanych z CNT nasyconych absorberów sprawia, że dobrze nadają się do badania atraktorów polaryzacyjnych w laserach z synchronizacją modów. Następnie, uczeni przystąpili do zbadania szczegółowej dynamiki polaryzacji wektorowych cząsteczek solitonowych w tym paradygmacie. Solitony to impulsy o precyzyjnie określonej równowadze efektów nieliniowych i dyspersyjnych, tak że kształt czasowy i spektralny impulsów zachowywany jest nawet przy dużych odległościach propagacji. Ponadto, solitony mogą posiadać stany związane, będące ustalonymi i dyskretnymi rozdziałami faz. Zaobserwowano solitony wektorowe z różnymi atraktorami polaryzacyjnymi i nawet 11-krotną harmoniczną synchronizacją modów (harmoniczne to całkowite mnożniki podstawowej częstotliwości impulsu). Wprowadzenie mechanizmu synchronizacji modów (tzw. światłowodowe siatki Bragga) do wnęki lasera umożliwiło stabilizację szybkości powtarzania oraz ograniczenie szumów laserów przy pracy w wysokim zakresie harmonicznym (ponad 5). Pozwoliło to na pracę harmoniczną przez 16 godzin na 19. harmonicznej z częstotliwością powtarzania impulsów wynoszącą 460 MHz. Stabilizacja MLFL oraz duża elastyczność w generowaniu dynamicznych stanów polaryzacji przyczynią się do powstania ważnych innowacji w dziedzinie komunikacji, chwytania atomów i nanocząstek oraz kontroli magnetyzacji. Oznacza to, że rezultaty projektu HARMOFIRE powinny znaleźć wiele różnych zastosowań.
Słowa kluczowe
Lasery optyczne, lasery światłowodowe z synchronizacją modów, ultrakrótkie impulsy, technologie stabilizacji, harmoniczna synchronizacja modów
