Wissenschaftler machen bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung ultrabreitbandiger weißer Laserquellen, die ein breites Spektrum von Ultraviolett bis Ferninfrarot abdecken. Diese Laser finden Anwendung in verschiedenen Bereichen wie groß angelegter Bildgebung, Femtochemie, Telekommunikation, Laserspektroskopie, Sensorik und Ultraschnellwissenschaften.
Die Verfolgung steht jedoch vor Herausforderungen, insbesondere bei der Auswahl geeigneter nichtlinearer Medien. Herkömmliche Feststoffmaterialien sind zwar effizient, neigen jedoch unter Bedingungen hoher Spitzenleistung zu optischen Schäden. Gasmedien sind zwar schadensresistent, weisen jedoch häufig einen geringen Wirkungsgrad und technische Komplikationen auf.
In einem unkonventionellen Schritt wandten sich Forscher der South China University of Technology kürzlich dem Wasser als nichtlinearem Medium zu. Wasser ist reichlich vorhanden und kostengünstig und erweist sich selbst unter dem Einfluss von Hochleistungslasern als immun gegen optische Schäden. Als gemeldet In Fortschrittlicher Photonik-NexusDie wasserinduzierte spektrale Verbreiterung beinhaltet eine verbesserte Selbstphasenmodulation und stimulierte Raman-Streuung, was zu einem weißen Superkontinuumslaser mit einer Bandbreite von 435 nm und 10 dB führt, der einen beeindruckenden Bereich von 478–913 nm abdeckt.
Um die Innovation weiter voranzutreiben, kombinierten die Forscher Wasser mit einem gechirpten periodisch gepolten Lithiumniobat-Kristall (CPPLN), der für seine robuste nichtlineare Leistung zweiter Ordnung bekannt ist. Diese Partnerschaft erweiterte nicht nur den Frequenzbereich des Superkontinuum-Weißlasers, sondern verflachte auch sein Leistungsspektrum.
Laut dem entsprechenden leitenden Autor Prof. Zhi-Yuan Li „bietet das kaskadierte Wasser-CPPLN-Modul einen langlebigen, hochstabilen und kostengünstigen technischen Weg zur Realisierung eines ‚Three-High‘-Weißlasers mit intensiver Pulsenergie.“ , hohe spektrale Ebenheit und ultrabreite Bandbreite.“
Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit zwischen Wasser und CPPLN sind vielversprechend. Mit einer Pulsenergie von 0,6 mJ und einer Bandbreite von 10 dB über mehr als eine Oktave (413–907 nm) hat diese Ultrabreitband-Superkontinuumsquelle Potenzial für die ultraschnelle Spektroskopie und hyperspektrale Bildgebung.
Li sagt: „Es bietet eine hohe Auflösung bei physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen über extreme spektrale Bandbreiten mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis. Es eröffnet einen effizienten Weg zur Schaffung eines langlebigen, hochstabilen und kostengünstigen weißen Lasers.“ mit intensiver Pulsenergie, hoher spektraler Ebenheit und ultrabreiter Bandbreite, was den Weg für neue Möglichkeiten in der wissenschaftlichen Forschung und Anwendung ebnet.“
Mehr Informationen:
Lihong Hong et al., Intensiver weißer Laser mit hoher spektraler Ebenheit über optisch schadensfreies Wasser-Lithium-Niobat-Modul, Fortschrittlicher Photonik-Nexus (2024). DOI: 10.1117/1.APN.3.1.016008