Progressi nella consegna di laser ad alta intensità

I ricercatori stanno lavorando su modi per consegnare impulsi laser ad alta intensità in modo efficace. Un approccio promettente prevede l'uso di Fibre a nucleo cavo, che permettono alla luce laser di viaggiare con perdite minime. Questo articolo parla dell'uso di specifiche fibre a nucleo cavo, conosciute come fibre anti-risonanti nested, per consegnare impulsi laser intensi di alta qualità.

#Cosa sono le fibre a nucleo cavo?

Le fibre a nucleo cavo sono tubi che possono guidare la luce attraverso uno spazio vuoto al centro, invece che attraverso vetro solido. Questo design riduce l'interazione tra la luce e il vetro, permettendo di trasportare più potenza senza danneggiare la fibra. Le fibre anti-risonanti nested sono un tipo speciale di fibra a nucleo cavo con strutture uniche che migliorano le loro prestazioni.

#L'Esperimento

Negli esperimenti recenti, i ricercatori hanno usato un laser da 800 nm, che si trova nell'intervallo del vicino infrarosso, per generare impulsi laser. Questi impulsi avevano una potenza di picco di circa 5 gigawatt (GW) e duravano solo 40 femtosecondi (fs), che è incredibilmente breve. Per assicurarsi che la luce potesse viaggiare in modo efficiente attraverso la fibra, hanno fatto aggiustamenti agli impulsi in ingresso per contrastare un fenomeno chiamato dispersione, che può allargare l'impulso.

#Risultati dello Studio

I risultati sono stati promettenti. Il team è riuscito a consegnare impulsi laser di alta qualità attraverso una fibra a nucleo cavo lunga 10 metri che era strettamente avvolta. Hanno scoperto che pre-pompando la fibra con luce laser dopo che era stata evacuata, potevano migliorare significativamente la qualità degli impulsi in uscita. Questo processo sembrava aiutare a rimuovere i gas dal nucleo della fibra, il che ha migliorato la trasmissione della luce laser.

#Effetti Plasma e la Loro Gestione

Quando impulsivi laser ad alta intensità passano attraverso la fibra, possono ionizzare qualsiasi gas rimasto all'interno, creando plasma. Questo plasma può distorcere gli impulsi laser e portare a una trasmissione meno efficiente. Attraverso gli esperimenti, i ricercatori hanno identificato che la principale fonte di danno era all'interfaccia dove il nucleo della fibra incontra la sua parete. Gestendo con attenzione i livelli di energia, sono stati in grado di aumentare l'energia in uscita a 2.1 millijoule (mJ), raggiungendo una potenza di picco in uscita di 20 GW.

#Importanza di un Design Adeguato della Fibra

Lo studio ha evidenziato che usare fibre micro-strutturate a nucleo cavo è vantaggioso per la consegna di laser ad alta potenza. Il design unico di queste fibre permette loro di trasmettere la luce in modo più efficace rispetto alle fibre tradizionali. Anche se tubi cavi semplici potrebbero anche trasportare fasci laser intensi, non sono flessibili o efficienti per distanze più lunghe. Al contrario, le fibre anti-risonanti nested mantengono un'eccellente trasmissione della luce anche quando sono piegate.

#Setup Sperimentale

Per condurre l'esperimento, è stato utilizzato un laser Ti:Sapphire per creare gli impulsi. Vari componenti ottici sono stati utilizzati per controllare la potenza e regolare le caratteristiche dell'impulso. Inizialmente, un polarizzatore a film sottile ha aiutato a controllare la potenza in uscita del laser, e specchi chirpati sono stati utilizzati per gestire la durata e la forma dell'impulso. Una fibra capillare cavo ha agito come un filtro iniziale per stabilizzare il fascio prima che entrasse nella fibra a nucleo cavo più grande.

I ricercatori hanno messo a fuoco attentamente il fascio nella fibra, assicurandosi che la luce potesse viaggiare attraverso in modo il più efficiente possibile. Hanno impiegato un setup per analizzare gli impulsi in uscita, confermando che le caratteristiche desiderate sono state raggiunte dopo che la luce è uscita dalla fibra.

#Osservazioni delle Prestazioni della Fibra

Il team ha osservato che dopo aver pre-pompato la fibra con luce ad alta intensità, gli impulsi in uscita mostrano uno spostamento iniziale nel loro spettro. Tuttavia, col tempo, lo spettro è tornato a somigliare all'input originale, dimostrando che la fibra ha mantenuto la sua efficienza e prestazioni. Questa "relaxation dello spettro" indicava che il gas all'interno della fibra era stato gestito efficacemente.

#Implicazioni per Applicazioni Future

La consegna riuscita di questi impulsi laser ad alta intensità potrebbe avere implicazioni entusiasmanti in vari campi. La possibilità di trasmettere tale energia su distanze utilizzando fibre flessibili apre a potenziali applicazioni in ottica non lineare e avanzamenti nella tecnologia laser. Potrebbe portare a nuovi metodi di condurre esperimenti o sviluppare sorgenti laser per vari usi.

#Conclusione

La ricerca ha dimostrato un metodo efficace per consegnare impulsi laser ultra-brevi utilizzando fibre a nucleo cavo specializzate. Comprendendo e gestendo le sfide associate agli impulsi ad alta intensità, i ricercatori hanno fatto significativi progressi verso l'implementazione di queste tecnologie in applicazioni pratiche. La capacità di trasmettere energia a livelli più elevati minimizzando i danni alla fibra è un importante traguardo, aprendo la strada a futuri sviluppi nella tecnologia laser.

Con le basi poste in questo studio, c'è un grande potenziale per ulteriori esplorazioni e affinamenti di queste tecniche, portando forse a usi più innovativi degli impulsi laser ad alta intensità nei campi scientifici e industriali.