Ultraaugstas atkārtošanās ātruma impulsa lāzers

Ultraaugstas atkārtošanās ātruma impulsa lāzers

Gaismas un matērijas mijiedarbības mikroskopiskajā pasaulē īpaši augsta atkārtošanās ātruma impulsi (UHRP) darbojas kā precīzi laika mērītāji – tie svārstās vairāk nekā miljards reižu sekundē (1 GHz), spektrālajā attēlveidošanā uztverot vēža šūnu molekulāros pirkstu nospiedumus, pārnesot milzīgu datu apjomu optisko šķiedru sakaros un kalibrējot zvaigžņu viļņa garuma koordinātas teleskopos. Īpaši lidāra detektēšanas dimensijas lēcienā terahercu īpaši augsta atkārtošanās ātruma impulsu lāzeri (100–300 GHz) kļūst par spēcīgiem instrumentiem, lai iekļūtu interferences slānī, pārveidojot trīsdimensiju uztveres robežas ar telplaika manipulācijas jaudu fotonu līmenī. Pašlaik viena no galvenajām metodēm īpaši augsta atkārtošanās ātruma optisko impulsu iegūšanai ir mākslīgu mikrostruktūru, piemēram, mikrogredzenu dobumu, izmantošana, kuriem nepieciešama nanoskalas apstrādes precizitāte, lai ģenerētu četru viļņu sajaukšanu (FWM), izmantošana. Zinātnieki koncentrējas uz inženiertehnisko problēmu risināšanu īpaši smalku struktūru apstrādē, frekvences regulēšanas problēmu impulsa iniciēšanas laikā un konversijas efektivitātes problēmu pēc impulsa ģenerēšanas. Vēl viena pieeja ir izmantot ļoti nelineāras šķiedras un izmantot modulācijas nestabilitātes efektu vai FWM efektu lāzera rezonatorā, lai ierosinātu UHRP. Līdz šim mums joprojām ir nepieciešams prasmīgāks “laika veidotājs”.

Ultraātra aizdedze (UHRP) ģenerēšanas process, injicējot īpaši ātrus impulsus, lai ierosinātu disipatīvo FWM efektu, tiek raksturots kā “ultraātra aizdedze”. Atšķirībā no iepriekš minētās mākslīgā mikrogredzena dobuma shēmas, kurai nepieciešama nepārtraukta sūknēšana, precīza detonācijas regulēšana impulsu ģenerēšanas kontrolei un ļoti nelineāru datu nesēju izmantošana FWM sliekšņa pazemināšanai, šī “aizdedze” balstās uz īpaši ātru impulsu maksimālās jaudas raksturlielumiem, lai tieši ierosinātu FWM, un pēc “aizdedzes izslēgšanas” panāktu pašpietiekamu UHRP.

1. attēlā parādīts impulsa pašorganizēšanās pamatmehānisms, kas balstīts uz disipatīvo šķiedru gredzenu dobumu īpaši ātru sēklas impulsa ierosināšanu. Ārēji ievadītais īpaši īsais sēklas impulss (periods T0, atkārtošanās frekvence F) kalpo kā "aizdegšanās avots", lai ierosinātu lielas jaudas impulsa lauku disipācijas dobumā. Šūnu iekšējais pastiprinājuma modulis darbojas sinerģijā ar spektrālo veidotāju, lai pārveidotu sēklas impulsa enerģiju ķemmes formas spektrālajā atbildē, izmantojot kopīgu regulēšanu laika-frekvences apgabalā. Šis process pārtrauc tradicionālās nepārtrauktās sūknēšanas ierobežojumus: sēklas impulss izslēdzas, kad tas sasniedz disipācijas FWM slieksni, un disipācijas dobums uztur impulsa pašorganizēšanās stāvokli, izmantojot dinamisko pastiprinājuma un zudumu līdzsvaru, impulsa atkārtošanās frekvencei esot Fs (kas atbilst dobuma iekšējai frekvencei FF un periodam T).

Šajā pētījumā tika veikta arī teorētiska pārbaude. Pamatojoties uz eksperimentālajā iestatījumā izmantotajiem parametriem un ar 1psīpaši ātrs impulsa lāzersKā sākotnējais lauks tika veikta skaitliskā simulācija impulsa laika domēna un frekvences evolūcijas procesam lāzera rezonatorā. Tika konstatēts, ka impulss iziet cauri trim posmiem: impulsa sadalīšanai, impulsa periodiskai svārstībai un impulsa vienmērīgam sadalījumam visā lāzera rezonatorā. Šis skaitliskais rezultāts arī pilnībā apstiprina pašorganizējošās īpašības.impulsa lāzers.

Iedarbinot četru viļņu sajaukšanas efektu disipatīvās šķiedras gredzena dobumā, izmantojot īpaši ātru sēklas impulsa aizdedzi, tika veiksmīgi panākta pašorganizējoša sub-THZ īpaši augstas atkārtošanās frekvences impulsu ģenerēšana un uzturēšana (stabilā 0,5 W jauda pēc sēklas izslēgšanas), nodrošinot jauna veida gaismas avotu lidāra laukam: tā sub-THZ līmeņa atkārtotā frekvence var uzlabot punktu mākoņa izšķirtspēju līdz milimetru līmenim. Impulsa pašatbalstošā funkcija ievērojami samazina sistēmas enerģijas patēriņu. Pilnībā no šķiedrām veidotā struktūra nodrošina augstu darbības stabilitāti 1,5 μm acu drošības joslā. Raugoties nākotnē, paredzams, ka šī tehnoloģija veicinās uz transportlīdzekļiem montējamo lidāru attīstību miniaturizācijas (pamatojoties uz MZI mikrofiltriem) un tālas darbības rādiusa noteikšanas (jaudas paplašināšana līdz > 1 W) virzienā, kā arī vēl vairāk pielāgosies sarežģītu vides uztveres prasībām, izmantojot vairāku viļņu garumu koordinētu aizdedzi un inteliģentu regulēšanu.