Optycy z warszawskiego Centrum Laserowego Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego wytworzyli w światłowodzie ultrakrótkie impulsy o dużej energii, używając sposobu, który dotychczas uchodził za niemożliwy do zrealizowania.
W Centrum Laserowym powstała nowatorska odmiana lasera światłowodowego. Warszawscy optycy „zmusili” jedną z odmian światłowodów do generowania ultrakrótkich impulsów o dużej energii. Metoda ta była uznawana za niemożliwą do zrealizowania. Nowy laser jest pozbawiony mechanicznie wrażliwych części zewnętrznych, co czyni go atrakcyjnym rozwiązaniem dla przemysłu. Zgłoszony do opatentowania wynalazek już niedługo powinien wielokrotnie skrócić czas obróbki materiałów w obrabiarkach laserowych.
Akcja laserowa w światłowodzie prowadzi do powstania ciągłego strumienia światła. Uwalnianie energii w jak najkrótszych impulsach jest jednak korzystniejsze, ponieważ oznacza duży wzrost ich mocy. Za generowanie impulsów w laserach światłowodowych odpowiada układ nazywany nasycalnym absorberem.
Żeby wygenerować w światłowodzie impulsy femtosekundowe o dużej energii fizycy postanowili usprawnić nasycalne absorbery działające na skutek wykorzystania takich zjawisk optycznych, jak efekty nieliniowe powodujące zmianę współczynnika załamania szkła.
Aby nasycalny absorber z obrotem polaryzacji (przy dużym natężeniu światła w wiązce pojawia się obrót polaryzacji i impuls przelatuje przez polaryzator) działał stabilnie, światłowód musi mieć różne, ale stałe współczynniki załamania w dwóch kierunkach (a więc być dwójłomny).
– Na świecie produkuje się już dwójłomne światłowody zachowujące stan polaryzacji wpuszczanego do nich światła. My jako pierwsi zademonstrowaliśmy, jak z ich użyciem skonstruować nasycalny absorber: tniemy światłowód na segmenty o odpowiedniej długości i łączymy je ponownie, każdy kolejny obracając o 90 stopni względem poprzedniego – mówi Jan Szczepanek, doktorant z FUW i pierwszy autor artykułu w „Optics Letters”.
– Obrót powoduje, że jeśli w jednym segmencie impuls o polaryzacji pionowej przemieszczał się wolniej, w kolejnym będzie biegł szybciej i dogoni drugi impuls spolaryzowany prostopadle. Prosty zabieg pozwolił nam zatem wyeliminować główną przeszkodę na drodze do zwiększenia energii, czyli dużą różnicę prędkości między impulsami o różnych polaryzacjach typową dla światłowodów zachowujących polaryzację – wyjaśnia dr hab. Yuriy Stepanenko z IChF PAN.
Im więcej obróconych segmentów, tym lepsza jakość impulsów generowanych w światłowodzie. W laserze zbudowanym w warszawskim laboratorium nasycalny absorber składał się ze światłowodu długości ok. 3 m podzielonego na 3 segmenty oraz filtrującego elementu polaryzacyjnego.
Nowy laser wytwarza impulsy femtosekundowe o wysokiej jakości i dużej energii, nawet tysiąc razy większej niż w laserach z absorberami materiałowymi.
