Des scientifiques démontrent un laser intense à spectre complet ultraviolet-visible-infrarouge

Un laser blanc à supercontinuum ultralarge bande à haute luminosité attire de plus en plus l’attention dans les domaines de la physique, de la chimie, de la biologie, de la science des matériaux et d’autres disciplines scientifiques et technologiques. Au cours des dernières décennies, de nombreuses approches différentes ont été développées pour la génération de laser blanc supercontinuum.

La plupart d’entre eux utilisent divers effets non linéaires de troisième ordre (3e-NL) comme la modulation d’auto-phase (SPM) se produisant dans des fibres de cristaux photoniques microstructurées ou des plaques homogènes, ou des fibres à noyau creux remplies de gaz rares. Cependant, la qualité de ces sources à supercontinuum a été soumise à certaines limitations, telles qu’une faible énergie d’impulsion au niveau du nanojoule et la nécessité d’une ingénierie de dispersion complexe.

Un autre moyen plus puissant d’élargir la gamme spectrale du laser consiste à divers effets non linéaires du second ordre (2e-NL) via la voie prometteuse du schéma d’adaptation quasi-phase (QPM). Cependant, ces schémas purement 2e NL sont encore médiocres en termes de performances de mise à l’échelle spectrale et de puissance en raison de la bande passante étroite de la pompe, de la bande passante de travail QPM limitée et de l’efficacité de conversion d’énergie dégradée dans les harmoniques d’ordre supérieur.

Franchement, il est devenu un grand défi de résoudre ces mauvaises limitations existant dans les régimes 2e-NL et 3e-NL et de tirer le meilleur parti des deux mondes pour produire un laser supercontinuum à spectre complet avec une couverture spectrale allant de l’UV au milieu IR. .

Dans un nouvel article publié dans Lumière : science et applicationsune équipe de scientifiques dirigée par le professeur Zhi-Yuan Li de l’École de physique et d’optoélectronique de l’Université de technologie de Chine du Sud, en Chine, et ses collègues ont démontré un rayonnement ultraviolet-visible-infrarouge intense s’étendant sur quatre octaves (UV-Vis- IR) source laser à spectre complet (300 nm à 5 000 nm à -25 dB du pic) avec une énergie de 0,54 mJ par impulsion provenant d’une architecture en cascade de fibre à âme creuse (HCF) remplie de gaz, un niobate de lithium nu (LN) et un cristal de niobate de lithium à polarisation périodique (CPPLN) spécialement conçu, qui est pompé par une impulsion de pompe IR moyen de 3,9 mm, 3,3 mJ.

Sous la pompe d’un laser à impulsion femtoseconde mi-IR de 3,3 mJ et 3,9 μm, le système HCF-LN peut générer une impulsion laser intense mi-IR à bande passante d’une octave pour servir d’entrée de pompe FW secondaire dans le CPPLN, tandis que le CPPLN prend en charge processus HHG à large bande à haute efficacité pour étendre encore considérablement la bande passante spectrale dans l’UV-Vis-NIR. De toute évidence, cette architecture en cascade satisfait de manière créative aux deux conditions préalables à la génération d’un laser blanc à spectre complet : la condition 1, un laser femtoseconde à pompe intense d’une octave, et la condition 2, un cristal non linéaire avec une bande passante de conversion ascendante de fréquence extrêmement large. De plus, le système implique une action synergique considérable des effets 2e-NL et 3e-NL.

Un tel mécanisme de synergie qu’ils ont développé apporte une puissance supérieure pour construire une expansion supérieure du spectre global du supercontinuum UV-Vis-IR et combler les lacunes spectrales entre les divers HHG dépassant de loin celles obtenues par une seule action du 2e-NL ou du 3e. -Effets NL qui ont été adoptés dans les travaux précédents.

En conséquence, un tel module optique HCF-LN-CPPLN en cascade a permis d’accéder à un niveau auparavant inaccessible de sortie laser intense à spectre complet, avec non seulement une bande passante extrêmement large (couvrant 4 octaves), mais également une planéité spectrale élevée. profil (de 300 à 5000 nm avec une planéité meilleure que 25 dB) et une grande énergie d’impulsion (0,54 mJ par impulsion).

“Nous pensons que notre projet visant à créer une source laser femtoseconde à spectre complet UV-Vis-IR intense sur quatre octaves en exploitant l’action synergique des effets HHG 2e-NL et SPM 3e-NL représente une étape importante pour la construction de Source laser blanc supercontinuum avec une plus grande bande passante, une plus grande énergie de puissance, une luminosité spectrale plus élevée et un profil spectral plus plat. Un laser femtoseconde à spectre complet aussi intense fournirait un outil révolutionnaire pour la spectroscopie optique et trouverait des applications potentielles en physique, chimie, biologie, science des matériaux. , les technologies de l’information, la transformation industrielle et la surveillance de l’environnement”, déclarent les scientifiques.