Zem 20 femtosekundēm redzamā gaismaregulējams impulsa lāzera avots
Nesen Apvienotās Karalistes pētnieku komanda publicēja inovatīvu pētījumu, paziņojot, ka ir veiksmīgi izstrādājusi regulējamu megavatu līmeņa redzamās gaismas regulējamu avotu ar ātrumu zem 20 femtosekundēm.impulsa lāzera avotsŠis impulsa lāzera avots, īpaši ātrsšķiedru lāzersSistēma spēj ģenerēt impulsus ar regulējamu viļņu garumu, īpaši īsu ilgumu, enerģiju līdz pat 39 nanodžouliem un maksimālo jaudu, kas pārsniedz 2 megavatus, paverot pavisam jaunas pielietojuma iespējas tādās jomās kā īpaši ātra spektroskopija, bioloģiskā attēlveidošana un rūpnieciskā apstrāde.
Šīs tehnoloģijas galvenā iezīme ir divu modernu metožu apvienojums: “pastiprinājuma pārvaldīta nelineāra pastiprināšana (GMNA)” un “rezonanses dispersīvā viļņa (RDW) emisija”. Agrāk, lai iegūtu šādus augstas veiktspējas regulējamus īpaši īsus impulsus, parasti bija nepieciešami dārgi un sarežģīti titāna-safīra lāzeri vai optiskie parametriskie pastiprinātāji. Šīs ierīces bija ne tikai dārgas, apjomīgas un grūti uzturējamas, bet arī ierobežotas ar zemu atkārtošanās frekvenci un regulēšanas diapazoniem. Šoreiz izstrādātais pilnībā no šķiedrām veidotais risinājums ne tikai ievērojami vienkāršo sistēmas arhitektūru, bet arī ievērojami samazina izmaksas un sarežģītību. Tas ļauj tieši ģenerēt mazāk nekā 20 femtosekundes ilgus, regulējamus līdz 400 līdz 700 nanometriem un vairāk, ar augstu atkārtošanās frekvenci 4,8 MHz. Pētnieku komanda panāca šo izrāvienu, pateicoties precīzi izstrādātai sistēmas arhitektūrai. Pirmkārt, viņi kā sākuma avotu izmantoja pilnībā polarizāciju saglabājošu režīma bloķētu iterbija šķiedras oscilatoru, kas balstīts uz nelineāras pastiprināšanas gredzena spoguli (NALM). Šī konstrukcija ne tikai nodrošina sistēmas ilgtermiņa stabilitāti, bet arī novērš fiziski piesātinātu absorbētāju degradācijas problēmu. Pēc priekšpastiprināšanas un impulsu saspiešanas sākuma impulsi tiek ievadīti GMNA posmā. GMNA izmanto pašfāzes modulāciju un garenisko asimetrisko pastiprinājuma sadalījumu optiskajās šķiedrās, lai panāktu spektra paplašināšanos un ģenerētu īpaši īsus impulsus ar gandrīz perfektu lineāru čirpu, kas galu galā tiek saspiesti līdz mazāk nekā 40 femtosekundēm, izmantojot režģa pārus. RDW ģenerēšanas posmā pētnieki izmantoja pašu izstrādātas un ražotas deviņu rezonatoru pretrezonanses dobās kodola šķiedras. Šāda veida optiskajai šķiedrai ir ārkārtīgi zemi zudumi sūknēšanas impulsu joslā un redzamās gaismas apgabalā, ļaujot enerģiju efektīvi pārveidot no sūknēšanas uz izkliedēto vilni un novēršot traucējumus, ko rada augsto zudumu rezonanses josla. Optimālos apstākļos sistēmas izstarotā dispersijas viļņa impulsa enerģija var sasniegt 39 nanodžoulus, īsākais impulsa platums var sasniegt 13 femtosekundes, maksimālā jauda var sasniegt pat 2,2 megavatus, un enerģijas pārveidošanas efektivitāte var sasniegt pat 13%. Vēl aizraujošāk ir tas, ka, pielāgojot gāzes spiedienu un šķiedras parametrus, sistēmu var viegli paplašināt līdz ultravioletajiem un infrasarkanajiem diapazoniem, panākot platjoslas regulēšanu no dziļā ultravioletā līdz infrasarkanajam.
Šim pētījumam ir būtiska nozīme ne tikai fotonikas fundamentālajā jomā, bet tas arī paver jaunas iespējas rūpniecības un pielietojumu jomās. Piemēram, tādās jomās kā daudzfotonu mikroskopijas attēlveidošana, īpaši ātra laika izšķirtspējas spektroskopija, materiālu apstrāde, precīzā medicīna un īpaši ātra nelineāra optika, šis kompaktais, efektīvais un lētais jauna veida īpaši ātrais gaismas avots nodrošinās lietotājiem vēl nebijušus rīkus un elastību. Īpaši situācijās, kurās nepieciešams augsts atkārtošanās ātrums, maksimālā jauda un īpaši īsi impulsi, šī tehnoloģija neapšaubāmi ir konkurētspējīgāka un tai ir lielāks reklāmas potenciāls salīdzinājumā ar tradicionālajām titāna-safīra vai optiskās parametriskās pastiprināšanas sistēmām.
Nākotnē pētnieku komanda plāno turpināt sistēmas optimizāciju, piemēram, integrējot pašreizējo arhitektūru, kas satur vairākus brīvas telpas optiskos komponentus, optiskajās šķiedrās vai pat izmantojot vienu Mamyshev oscilatoru, lai aizstātu pašreizējo oscilatora un pastiprinātāja kombināciju, lai panāktu sistēmas miniaturizāciju un integrāciju. Turklāt, pielāgojoties dažādiem pretrezonanses šķiedru veidiem, ieviešot Ramana aktīvās gāzes un frekvences dubultošanas moduļus, paredzams, ka šī sistēma tiks paplašināta uz plašāku joslu, nodrošinot pilnībā šķiedru, platjoslas, īpaši ātrus lāzeru risinājumus vairākām jomām, piemēram, ultravioletajam, redzamajai gaismai un infrasarkanajam starojumam.
1. attēls. Impulsa lāzera regulēšanas shematiska diagramma
Publicēšanas laiks: 2025. gada 28. maijs