Fuente de luz pulsada.

Fuente de luz pulsada que comprende:

- unos medios de generación de impulsos

(1) adaptados para generar una señal pulsada a una primera longitud de onda;

- un primer brazo en vacío (3) adaptado para recibir la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1) para generar una primera señal auxiliar a la primera longitud de onda;

- un segundo brazo en vacío (4) adaptado para recibir la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1) y que comprende unos primeros medios de desplazamiento (6) adaptados para generar una segunda señal auxiliar a una segunda longitud de onda; estando el primer brazo en vacío (3) y el segundo brazo en vacío (4) adaptados para mantener la misma envolvente de fase portadora entre la primera señal auxiliar y la segunda señal auxiliar, en la que dicha envolvente de fase portadora comprende una variación aleatoria;

- unos medios de mezcla de señales (8) adaptados para mezclar la primera señal auxiliar y la segunda señal auxiliar, para generar una salida en vacío a una tercera longitud de onda y para cancelar la variación auxiliar de la envolvente de fase portadora;

- un brazo de bombeo (5) adaptado para recibir la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1) y para generar una salida de bombeo;

- al menos una etapa de amplificación paramétrica óptica de impulso comprimido (13) adaptada para recibir la salida en vacío y la salida de bombeo, para amplificar la salida en vacío y para preservar la envolvente de fase portadora;

- un compresor de impulsos (14) adaptado para reducir una longitud temporal de la salida en vacío amplificada y para generar impulsos de luz ultracortos con una envolvente de fase portadora estable, caracterizada porque la fuente de luz pulsada comprende también:

- unos medios de dilatación de impulsos (9) adaptados para dilatar los impulsos de la salida en vacío;

- unos medios de estrechamiento de la longitud de onda (11) adaptados para reducir el ancho de banda espectral de la salida de bombeo;

- unos amplificadores de fibras (2) dispuestos en el primer brazo en vacío (3), el segundo brazo en vacío (4) y el brazo de bombeo (5) adaptados para amplificar la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/058279.

Solicitante: FUNDACIÓ INSTITUT DE CIÈNCIES FOTÒNIQUES.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: BIEGERT,JENS, CHALUS,OLIVIER, BATES,PHILIP.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA > H01S3/00 (Láser, es decir, dispositivos para la producción, amplificación, modulación, demodulación o el cambio de frecuencia utilizando la emisión estimulada de ondas infrarrojas, visibles o ultravioletas (láseres de semiconductor H01S 5/00))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA > Láser, es decir, dispositivos para la producción,... > H01S3/23 (Disposiciones de varios láseres no previstas en H01S 3/02 - H01S 3/14, p. ej. disposición en serie de dos medios activos separados (comprendiendo únicamente láseres de semiconductor H01S 5/40))
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > DISPOSITIVOS O SISTEMAS CUYO FUNCIONAMIENTO OPTICO... > Dispositivos o sistemas para el control de la intensidad,... > G02F1/39 (para la generación o la amplificación paramétrica de la luz, de las ondas infrarrojas o ultravioletas)

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Fragmento de la descripción:

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DESCRIPCIÓN

Fuente de luz pulsada Campo de la invención La presente invención tiene su aplicación en el sector de las fuentes de luz y, en especial, en el campo de las fuentes de láser pulsadas.

Antecedentes de la invención La generación de impulsos de luz ultracortos es una de las líneas principales de investigación en el campo de las fuentes láser. El término â??impulsos ultracortosâ?? se refiere a los impulsos con longitudes que varían de unos cientos de femtosegundos a picosegundos. Estos impulsos se caracterizan por una gran intensidad de pico, lo que puede conducir a efectos no lineales en diferentes materiales. Aplicaciones de impulsos ultracortos incluyen, por ejemplo, la formación de imágenes médicas, la generación de rayos terahertzio y la generación del peine de frecuencia.

Sin embargo, se debe destacar que hay diferencias considerables entre impulsos de alrededor de 100 fs e impulsos por debajo de aproximadamente 30 fs. Debido a la relación de la transformada de Fourier entre las descripciones de dominio temporal y de frecuencia del impulso láser, el ancho de banda de los impulsos cortos aumenta a medida que su duración temporal disminuye. De esta manera, en el dominio espectral, la característica clave de los impulsos ultracortos es que tienen anchos de banda considerables A medida que la duración disminuye, el ancho de banda aumenta en proporción inversa. A 700 a 3000 nm del infrarrojo cercano (NIR) un impulso de 100 fs tiene un ancho de banda de aproximadamente 8 nm, mientras que un impulso de 30 fs tiene un ancho de banda de aproximadamente 40 nm. En un IR medio de 3000 a 15000 nm, el ancho de banda requerido se incrementa en gran medida respecto de todas las duraciones de impulsos -ello se debe a que la relación de la duración del tiempo del ancho de banda está fundamentalmente relacionada con el número de ciclos ópticos de impulso. Un periodo de campo eléctrico, o â??cicloâ?? dura 2, 7 fs a 800 nm, y 10, 7 fs a 3200 nm. Así, para un impulso que comprenda dos ciclos, el ancho de banda resultante es una Anchura Total a Mitad del Máximo (FWHM) de 170 nm para 800 nm (NIR) y una FWHM de 700 nm para 3200 nm (IR-medio) . Estos grandes anchos de banda ofrecen singulares ventajas para la espectroscopia de gases multilineal en cuanto el espectro de impulso cubre simultáneamente una enorme amplitud de líneas de absorción para diferentes moléculas.

Los impulsos existentes de láser de sub 100 fs típicamente proceden de los sistemas láser de amplificación de impulso comprimido (CPA) a base de Ti: Zafiro. Estos sistemas están limitados en cuanto a la duración del impulso y a la longitud de onda en la que operan debido al ancho de banda de ganancia del medio amplificador de Ti: Zafiro, lo que restringe el impulso de salida a una gama espectral de 600 a 1100 nm, y un ancho de banda de unas pocas decenas de nm para sistemas de gran energía.

Una técnica alternativa de amplificación paramétrica óptica (OPA) , que convierte la energía de un impulso de bombeo en un impulso de señal, en un cristal no lineal, mientras genera un impulso en vacío. Esto tiene la ventaja de amplificar los impulsos ultracortos con un ancho de banda amplio y no está limitada a una gama de longitudes de onda específica, pero está limitada en cuanto a la energía debido a las potencias elevadas de pico, y requiere una sincronización precisa de los láseres de bombeo y señal.

Una combinación de las dos técnicas puede emplearse para producir impulsos ultracortos. Por ejemplo, el documento US 6, 873, 454 B2 presenta un sistema en el que unos impulsos osciladores de Ti: Zafiro son en primer término amplificados en una OPA y, a continuación, dirigidos dentro de un Amplificador de Ti: Zafiro. Otras configuraciones para generar impulsos con duraciones de menos de nanosegundos se divulgan en el documento US 7, 630, 418 B2, que utiliza también dos fuentes láser diferentes para alimentar el sistema.

El documento de MUCKE O D ET AL: â??Autocompresión eficiente de 4 pliegues de impulsos infrarrojos de 1, 5 mJ a 19, 8 fsâ??, Proc. de SPiE, vol. 7501, p. 750109 -1 (2009) , divulga un sistema de amplificación de impulso comprimido paramétrico óptico de cuatro etapas que descarga unos impulsos de fase estable de envuelta portadora de aproximadamente 1, 5 Îm con energía de hasta 12, 5 mJ antes de la recompresión. El sistema se basa en una fusión de una técnica de Yb de estado sólido bombeada por electrodos a femtosegundos y de un amplificador Nd: YAG a picosegundos de 100 mJ. El documento de CHALUS O ET AL: â??OPCPA de impulsos cortos de IR medio con energía de microJulios a 100 kHzâ??, Optics Express, vol. 17, p. 3587 (2009) , divulga una fuente de IR medio en base a la amplificación de impulso comprimido paramétrico óptico (OPCPA) que genera unos impulsos de 96 fs (9, 0 ciclos) a 3, 2 Îm con una energía de 1, 2 ÎJ a una frecuencia de repetición de 100 kHz. Se permite la amplificación directa de impulsos de pocos ciclos en esta longitud de onda de IR medio, y puede ser inherentemente escalable a energías mayores. La fuente original del sistema se basa en la generación de una frecuencia diferencial (DFG) entre dos salidas de la misma fibra láser. Esta fuente se espera que sea intrínsecamente estable al CEO.

La invención propuesta en la solicitud de patente europea EP 1 724 634 A1 se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para una amplificación paramétrica de impulsos de luz ultracortos que comprende la generación de impulsos seminales y unos impulsos de bombeo, y la generación de unos impulsos de señal con una interacción de

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los impulsos seminales y unos impulsos de bombeo en un amplificador óptico -paramétrico, y que comprende también la generación de unos impulsos de reloj mediante el desplazamiento de frecuencia de una fracción de los impulsos seminales de desplazamiento de frecuencia y la siempre de un dispositivo amplificador óptico con unos impulsos de reloj para generar los impulsos de bombeo.

El documento de ERNY C ET AL: â??Amplificador de impulso comprimido paramétrico óptico de gran repetición que produce unos impulsos de 1 -[mu] J, sub -100 -fs en el infrarrojo medioâ??, Optics Express. Vol. 17, p. 1340 (2009) , presenta un amplificador de impulsos comprimidos paramétrico óptico (OPCPA) de femtosegundos, con una frecuencia de repetición elevada. Su señal seminal se obtiene por la generación de una frecuencia diferencial procedente de la salida de un amplificador láser comercialmente disponible de fibras de Er. El amplificador paramétrico óptico es bombeado por un láser de estado sólido bombeado por diodos comercialmente disponible. En un montaje de amplificación en dos etapas se consigue una ganancia de 100000, dando como resultado unos impulsos en el infrarrojo medio de aproximadamente 1 ÎJ femtosegundos en una gama de longitudes de onda de entre 4 y 4 Îm y un ancho de banda de amplificación de > 300 nm a una frecuencia de repetición de 100 Khz. Los impulsos son comprimidos a 92 fs por un compresor de 4 prismas.

El documento de FERNANDEZ A ET AL: â??Amplificador paramétrico óptico estable de envuelta portadora de fase ampliamente sintonizable bombeado por un amplificador de fibra de iterbio monolíticoâ??, Optics Letters, vol. 34, p. 2799 (2009) , desarrolla un extremo frontal robusto y eficiente para una cadena de amplificación paramétrica de impulsos comprimidos. Demuestra un convertidor de una frecuencia diferencial de banda ancha excitado por un amplificador de fibras adulteradas de Yb de femtosegundos monolíticos y unos impulsos libres descentrados de envuelta portadora... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

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1. Fuente de luz pulsada que comprende:

- unos medios de generación de impulsos (1) adaptados para generar una señal pulsada a una primera longitud de onda;

- un primer brazo en vacío (3) adaptado para recibir la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1) para generar una primera señal auxiliar a la primera longitud de onda;

- un segundo brazo en vacío (4) adaptado para recibir la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1) y que comprende unos primeros medios de desplazamiento (6) adaptados para generar una segunda señal auxiliar a una segunda longitud de onda; estando el primer brazo en vacío (3) y el segundo brazo en vacío (4) adaptados para mantener la misma envolvente de fase portadora entre la primera señal auxiliar y la segunda señal auxiliar, en la que dicha envolvente de fase portadora comprende una variación aleatoria;

- unos medios de mezcla de señales (8) adaptados para mezclar la primera señal auxiliar y la segunda señal auxiliar, para generar una salida en vacío a una tercera longitud de onda y para cancelar la variación auxiliar de la envolvente de fase portadora;

- un brazo de bombeo (5) adaptado para recibir la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1) y para generar una salida de bombeo;

- al menos una etapa de amplificación paramétrica óptica de impulso comprimido (13) adaptada para recibir la salida en vacío y la salida de bombeo, para amplificar la salida en vacío y para preservar la envolvente de fase portadora;

- un compresor de impulsos (14) adaptado para reducir una longitud temporal de la salida en vacío amplificada y para generar impulsos de luz ultracortos con una envolvente de fase portadora estable, caracterizada porque la fuente de luz pulsada comprende también:

- unos medios de dilatación de impulsos (9) adaptados para dilatar los impulsos de la salida en vacío;

- unos medios de estrechamiento de la longitud de onda (11) adaptados para reducir el ancho de banda espectral de la salida de bombeo;

- unos amplificadores de fibras (2) dispuestos en el primer brazo en vacío (3) , el segundo brazo en vacío (4) y el brazo de bombeo (5) adaptados para amplificar la señal pulsada procedente de los medios de generación de impulsos (1) .

2. Fuente de luz pulsada de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el medio de generación de impulsos (1) es un Sistema Maestro Oscilador y Amplificador de Potencia.

3. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer brazo en vacío y el segundo brazo en vacío comprenden además una segunda etapa de generación de armónicos.

4. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el brazo de bombeo (5) comprende además un segundo medio de desplazamiento de longitud de onda (10) configurado para desplazar la longitud de onda de la señal pulsada procedente del medio de la generación de impulsos (1) a una tercera longitud de onda.

5. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el brazo de bombeo (5) comprende además un amplificador (12) adaptado para amplificar la salida de bombeo.

6. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende también un medio de acoplamiento (7) adaptado para acoplar la primera señal auxiliar y la segunda señal auxiliar antes del medio de mezcla de señales (8) .

7. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el compresor de impulsos (14) comprende además un medio de compensación de dispersión programable.

8. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el compresor de impulsos (14) comprende además una placa de fase fija adaptada para compensar la dispersión.

9. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el compresor de impulsos (14) comprende además unos espejos dieléctricos de compresión adaptados para compensar la dispersión.

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10. Fuente de luz pulsada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el medio de mezcla de señales (8) es un Cristal de Generación de Frecuencia Diferencial.

11. Fuente de luz pulsada de acuerdo con la reivindicación 10, en la que la primera señal auxiliar y la segunda señal auxiliar comprenden impulsos ultracortos de banda ancha.