Les chercheurs ont développé une nouvelle approche qui utilise une seule cavité laser pour créer deux peignes de fréquence optique haute puissance émettant des impulsions femtosecondes haute puissance. Le nouveau développement ouvre la voie à des sources lumineuses portables à double peigne pour des applications telles que la spectroscopie et la mesure de distance de précision.

Les peignes à fréquence optique émettent un spectre de couleurs - ou fréquences - parfaitement espacées comme les dents d'un peigne. Deux de ces peignes de fréquence avec des taux de répétition d'impulsions légèrement différents sont souvent combinés pour créer une configuration à double peigne émettant un flux d'impulsions courtes.

Benjamin Willenberg de l'ETH Zurich en Suisse présentera la nouvelle approche au tout virtuel OSA Laser Congress 2020, 13-16 octobre. La présentation aura lieu vendredi, 16 octobre à 08h30 HAE.

"Notre approche nous permet de générer une paire de peignes de fréquence avec un petit décalage passivement stable dans leur taux de répétition, " a déclaré Willenberg. " Cela résout le problème de longue date de la grande complexité des systèmes à double peigne sans compromettre les performances du laser. Les applications de détection potentielles incluent la spectroscopie dans le domaine temporel pour les tests non destructifs, détection de gaz traces pour la surveillance industrielle et environnementale, et télémétrie laser pour les applications de vision industrielle. "Combinaison de peignes

Le train d'impulsions disponibles à partir des lasers à double peigne est particulièrement utile pour les mesures de spectroscopie extrêmement sensibles et rapides et la mesure précise des distances via la télémétrie laser. Cependant, le besoin de deux peignes stabilisés et d'une électronique de synchronisation complexe a restreint ces mesures au laboratoire.

Dans le nouveau travail, les chercheurs ont remplacé ces systèmes complexes par une approche optique passivement stable plus simple. Pour obtenir un fonctionnement à double peigne, ils ont utilisé une seule cavité laser multiplexée avec des cristaux de calcite biréfringent pour permettre le laser dans les deux états de polarisation. Les chercheurs, pour la première fois, combiné cette technique de multiplexage à polarisation de cristal biréfringent avec un cristal laser à semi-conducteur pompé par diode. Le cristal de gain Yb:CaF2 utilisé permet la génération d'impulsions femtosecondes haute puissance en raison de ses excellentes propriétés thermiques et de son large spectre d'émission.

Parce que la nouvelle conception crée deux lasers à peigne de fréquence utilisant une seule cavité optique, il pourrait permettre le développement de peignes doubles plus compacts qui offrent une flexibilité de puissance, longueur d'onde, bande passante, et les taux de répétition des impulsions.

Avec la nouvelle configuration, les chercheurs ont obtenu des impulsions d'une durée de 175 femtosecondes et d'une puissance de 440 mW dans deux faisceaux de 1050 nm avec une différence de fréquence de répétition de 1 kHz. Ils ont démontré la stabilité de la différence de taux de répétition en utilisant le laser pour effectuer des mesures à faible bruit sur des matériaux semi-conducteurs à l'aide d'un échantillonnage optique asynchrone. Cela impliquait d'utiliser une impulsion ultrarapide pour déclencher une réaction, et une seconde impulsion pour mesurer le changement induit.

Les prochaines étapes de cette technologie comprennent le développement de systèmes prototypes dans un boîtier robuste et portable, démontrer des applications scientifiques et industrielles, mise à l'échelle à des puissances plus élevées et des taux de répétition plus élevés pour des mesures plus rapides, et la mise en place de canaux pour offrir le laser commercialement.