Ülikõrge kordumissagedusega impulsslaser

Ülikõrge kordumissagedusega impulsslaser

Valguse ja aine vastastikmõju mikroskoopilises maailmas toimivad ülikõrge kordussagedusega impulsid (UHRP-d) täpsete ajajoondajatena – nad võnguvad rohkem kui miljard korda sekundis (1 GHz), jäädvustades spektraalkujutistes vähirakkude molekulaarseid sõrmejälgi, kandes optilise kiu side kaudu tohutul hulgal andmeid ja kalibreerides teleskoopides tähtede lainepikkuste koordinaate. Eriti lidari tuvastusmõõtme hüppes on terahertsi ülikõrge kordussagedusega impulsslaserid (100–300 GHz) muutumas võimsateks tööriistadeks interferentsikihi läbistamiseks, kujundades ümber kolmemõõtmelise taju piire footonitasandi ruumilise ja ajalise manipuleerimise võimsusega. Praegu on üks peamisi meetodeid ülikõrge kordussagedusega optiliste impulsside saamiseks kunstlike mikrostruktuuride, näiteks mikrorõngasõõnsuste kasutamine, mis nõuavad nanoskaala töötlemise täpsust neljalainelise segamise (FWM) genereerimiseks. Teadlased keskenduvad ülipeente struktuuride töötlemisega seotud inseneriprobleemide lahendamisele, sageduse häälestamise probleemile impulsi initsieerimise ajal ja muundamise efektiivsuse probleemile pärast impulsi genereerimist. Teine lähenemisviis on kasutada väga mittelineaarseid kiude ja rakendada laserõõnes modulatsiooni ebastabiilsuse efekti või FWM-efekti UHRP-de ergastamiseks. Seni vajame ikka veel osavamat „ajakujundajat“.

Ülikiirete impulsside süstimise teel ülikiirete impulsside genereerimise protsessi dissipatiivse FWM-efekti ergastamiseks kirjeldatakse kui „ülikiire süttimine“. Erinevalt ülalmainitud tehislikust mikrorõngasõõnsuse skeemist, mis nõuab pidevat pumpamist, impulsside genereerimise juhtimiseks täpset härastuse reguleerimist ja ülimalt mittelineaarsete keskkondade kasutamist FWM-läve alandamiseks, tugineb see „süütamine“ ülikiirete impulsside tippvõimsuse omadustele, et FWM-i otse ergastada ja pärast „süüte väljalülitamist“ saavutada isemajandav UHRP.

Joonis 1 illustreerib impulsi iseorganiseerumise põhimehhanismi, mis põhineb dissipatiivsete kiudrõngaste õõnsuste ülikiire seemneimpulsi ergastamisel. Väliselt süstitud ülilühike seemneimpulss (periood T0, kordussagedus F) toimib "süüteallikana", mis ergastab dissipatiivses õõnsuses suure võimsusega impulsivälja. Rakusisene võimendusmoodul töötab sünergias spektraalkujundajaga, et teisendada seemneimpulsi energia kammikujuliseks spektraalvastuseks aja-sageduse domeeni ühise reguleerimise kaudu. See protsess murrab traditsioonilise pideva pumpamise piirangud: seemneimpulss lülitub välja, kui see saavutab dissipatiivse FWM läve, ja dissipatiivne õõnsus säilitab impulsi iseorganiseeruva oleku võimenduse ja kadumise dünaamilise tasakaalu abil, kusjuures impulsi kordussagedus on Fs (vastab õõnsuse sisemisele sagedusele FF ja perioodile T).

See uuring viis läbi ka teoreetilise kontrolli. Katseseadistuses kasutatud parameetrite ja 1ps-gaülikiire impulsslaserEsialgse väljana viidi läbi numbriline simulatsioon impulsi ajadomeeni ja sageduse evolutsiooniprotsessi kohta laserõõnes. Leiti, et impulss läbis kolm etappi: impulsi jagunemine, impulsi perioodiline võnkumine ja impulsi ühtlane jaotumine kogu laserõõnes. See numbriline tulemus kinnitab täielikult ka iseorganiseeruvaid omadusi.impulsslaser.

Neljalainelise segamisefekti käivitamisega dissipatiivses kiudrõnga õõnsuses ülikiire seemneimpulss-süüte abil saavutati edukalt iseorganiseeruv sub-THZ ülikõrge kordussagedusega impulsside genereerimine ja säilitamine (stabiilne väljundvõimsus 0,5 W pärast seemne väljalülitamist), pakkudes lidari väljale uut tüüpi valgusallikat: selle sub-THZ-tasemel taassagedus võib parandada punktpilve eraldusvõimet millimeetri tasemele. Impulsi isesäästev funktsioon vähendab oluliselt süsteemi energiatarbimist. Täiskiudstruktuur tagab kõrge stabiilsuse 1,5 μm silma ohutusribas. Tulevikku vaadates peaks see tehnoloogia viima sõidukitele paigaldatavate lidari arengut miniaturiseerimise (MZI mikrofiltrite baasil) ja pikamaa tuvastamise (võimsuse laiendamine > 1 W-ni) suunas ning kohanduma keerukate keskkondade tajumisnõuetega mitme lainepikkusega koordineeritud süüte ja intelligentse reguleerimise kaudu.