Alla 20 femtosekundilise nähtava valgusehäälestatav impulsslaserallikas
Hiljuti avaldas Ühendkuningriigi uurimisrühm uuendusliku uuringu, milles teatati, et nad on edukalt välja töötanud häälestatava megavatise võimsusega alla 20 femtosekundilise nähtava valguse häälestatava seadme.impulsslaserallikasSee impulsslaserallikas, ülikiirekiudlaserSüsteem on võimeline genereerima impulsse, millel on häälestatavad lainepikkused, ülilühikesed kestused, energia kuni 39 nanodžauli ja tippvõimsus üle 2 megavatti, avades täiesti uusi rakendusvõimalusi sellistes valdkondades nagu ülikiire spektroskoopia, bioloogiline pildistamine ja tööstuslik töötlemine.
Selle tehnoloogia põhiolemus seisneb kahe tipptasemel meetodi kombinatsioonis: „võimendusega juhitav mittelineaarne võimendus (GMNA)“ ja „resonantse dispersioonilaine (RDW) emissioon“. Varem oli selliste suure jõudlusega häälestatavate ülilühikeste impulsside saamiseks tavaliselt vaja kalleid ja keerukaid titaan-safiirlasereid või optilisi parameetrilisi võimendeid. Need seadmed olid mitte ainult kulukad, mahukad ja raskesti hooldatavad, vaid neid piirasid ka madalad kordussagedused ja häälestusvahemikud. Seekord välja töötatud täiskiudlahendus mitte ainult ei lihtsusta oluliselt süsteemi arhitektuuri, vaid vähendab ka kulusid ja keerukust. See võimaldab otse genereerida alla 20 femtosekundi kestvaid, 400–700 nanomeetrini ja suurema võimsusega impulsse kõrge kordussagedusega 4,8 MHz. Uurimisrühm saavutas selle läbimurde täpselt kavandatud süsteemiarhitektuuri abil. Esiteks kasutasid nad seemneallikana mittelineaarse võimenduse rõngaspeeglil (NALM) põhinevat täielikult polarisatsiooni säilitavat moodilukustatud ytterbiumkiudostsillaatorit. See disain mitte ainult ei taga süsteemi pikaajalist stabiilsust, vaid väldib ka füüsikaliste küllastunud neeldajate lagunemisprobleemi. Pärast eelvõimendust ja impulsside kokkusurumist sisestatakse seemneimpulsid GMNA etappi. GMNA kasutab optilistes kiududes isefaasimodulatsiooni ja pikisuunalist asümmeetrilist võimendusjaotust, et saavutada spektraalne laienemine ja genereerida ülilühikesi impulsse peaaegu täiusliku lineaarse säutsuga, mis lõpuks tihendatakse võrepaaride abil alla 40 femtosekundi pikkuseks. RDW genereerimise etapis kasutasid teadlased ise projekteeritud ja toodetud üheksa resonaatoriga resonantsivastaseid õõnessüdamikuga kiude. Sellisel optilisel kiul on pumba impulssribas ja nähtava valguse piirkonnas äärmiselt väike kadu, mis võimaldab energiat tõhusalt pumbast hajulaineks muundada ja vältida suure kaduga resonantsriba põhjustatud häireid. Optimaalsetes tingimustes võib süsteemi poolt väljastatav dispersioonlaine impulsi energia ulatuda 39 nanodžaulini, lühim impulsi laius võib ulatuda 13 femtosekundini, tippvõimsus võib ulatuda kuni 2,2 megavattini ja energia muundamise efektiivsus võib ulatuda kuni 13%. Veelgi põnevam on see, et gaasirõhu ja kiu parameetrite reguleerimise abil saab süsteemi hõlpsalt laiendada ultraviolett- ja infrapunakiirgusele, saavutades lairiba häälestamise sügavast ultraviolettkiirgusest infrapunakiirguseni.
See uuring ei ole mitte ainult olulise tähtsusega fotoonika fundamentaalvaldkonnas, vaid avab ka uusi võimalusi tööstus- ja rakendusvaldkondades. Näiteks sellistes valdkondades nagu multifootonmikroskoopia, ülikiire ajaliselt lahendatud spektroskoopia, materjalitöötlus, täppismeditsiin ja ülikiire mittelineaarse optika uuringud pakub see kompaktne, tõhus ja odav uut tüüpi ülikiire valgusallikas kasutajatele enneolematuid tööriistu ja paindlikkust. Eriti stsenaariumides, mis nõuavad suurt kordumissagedust, tippvõimsust ja ülilühikesi impulsse, on see tehnoloogia kahtlemata konkurentsivõimelisem ja sellel on suurem reklaamipotentsiaal võrreldes traditsiooniliste titaan-safiir- või optiliste parameetriliste võimendussüsteemidega.
Tulevikus plaanib uurimisrühm süsteemi veelgi optimeerida, näiteks integreerida praegune arhitektuur, mis sisaldab mitut vaba ruumi optilist komponenti, optilistesse kiududesse või isegi kasutada ühte Mamõševi ostsillaatorit praeguse ostsillaatori ja võimendi kombinatsiooni asendamiseks, et saavutada süsteemi miniaturiseerimine ja integreerimine. Lisaks eeldatakse, et seda süsteemi laiendatakse laiemale sagedusribale, kohandades seda erinevat tüüpi resonantsivastaste kiududega, kasutusele võttes Ramani aktiivgaase ja sageduse kahekordistamise mooduleid, pakkudes täiskiud-, lairiba- ja ülikiireid laserlahendusi mitmetele valdkondadele, nagu ultraviolett, nähtav valgus ja infrapuna.
Joonis 1. Impulsslaseri häälestamise skemaatiline diagramm
Postituse aeg: 28. mai 2025