Ορατό φως κάτω των 20 femtosecondρυθμιζόμενη πηγή παλμικού λέιζερ
Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα από το Ηνωμένο Βασίλειο δημοσίευσε μια καινοτόμο μελέτη, ανακοινώνοντας ότι ανέπτυξε με επιτυχία έναν ρυθμιζόμενο μετρητή ορατού φωτός σε επίπεδο μεγαβάτ κάτω των 20 femtosecond.πηγή παλμικού λέιζερΑυτή η πηγή παλμικού λέιζερ, εξαιρετικά γρήγορηλέιζερ οπτικών ινώνΤο σύστημα είναι ικανό να παράγει παλμούς με ρυθμιζόμενα μήκη κύματος, εξαιρετικά μικρές διάρκειες, ενέργειες έως και 39 νανοτζάουλ και μέγιστη ισχύ που υπερβαίνει τα 2 μεγαβάτ, ανοίγοντας ολοκαίνουργιες προοπτικές εφαρμογών σε τομείς όπως η υπερταχεία φασματοσκοπία, η βιολογική απεικόνιση και η βιομηχανική επεξεργασία.
Το βασικό πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας έγκειται στον συνδυασμό δύο μεθόδων αιχμής: «Μη γραμμική ενίσχυση με διαχείριση κέρδους (GMNA)» και «εκπομπή συντονισμένου διασκορπιστικού κύματος (RDW)». Στο παρελθόν, για την απόκτηση τέτοιων υψηλής απόδοσης ρυθμιζόμενων υπερσύντομων παλμών, απαιτούνταν συνήθως ακριβά και πολύπλοκα λέιζερ τιτανίου-σαφειρίου ή οπτικοί παραμετρικοί ενισχυτές. Αυτές οι συσκευές δεν ήταν μόνο δαπανηρές, ογκώδεις και δύσκολες στη συντήρηση, αλλά περιορίζονταν και από χαμηλούς ρυθμούς επανάληψης και εύρη συντονισμού. Η λύση all-fiber που αναπτύχθηκε αυτή τη φορά όχι μόνο απλοποιεί σημαντικά την αρχιτεκτονική του συστήματος, αλλά μειώνει επίσης σημαντικά το κόστος και την πολυπλοκότητα. Επιτρέπει την άμεση παραγωγή υπο-20 femtosecond, ρυθμιζόμενων σε παλμούς υψηλής ισχύος 400 έως 700 νανόμετρα και άνω σε υψηλή συχνότητα επανάληψης 4,8 MHz. Η ερευνητική ομάδα πέτυχε αυτή την ανακάλυψη μέσω μιας ακριβώς σχεδιασμένης αρχιτεκτονικής συστήματος. Πρώτον, χρησιμοποίησαν έναν ταλαντωτή ινών υττερβίου με πλήρη διατήρηση της πόλωσης, βασισμένο σε μη γραμμικό δακτυλιοειδή καθρέφτη ενίσχυσης (NALM), ως πηγή εκκίνησης. Αυτός ο σχεδιασμός όχι μόνο διασφαλίζει τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα του συστήματος, αλλά αποφεύγει επίσης το πρόβλημα υποβάθμισης των φυσικών κορεσμένων απορροφητών. Μετά την προενίσχυση και τη συμπίεση παλμών, οι παλμοί εκκίνησης εισάγονται στο στάδιο GMNA. Το GMNA χρησιμοποιεί αυτοφασική διαμόρφωση και διαμήκη ασύμμετρη κατανομή κέρδους σε οπτικές ίνες για να επιτύχει φασματική διεύρυνση και να δημιουργήσει υπερβραχείς παλμούς με σχεδόν τέλειο γραμμικό τσιρπ, οι οποίοι τελικά συμπιέζονται σε λιγότερο από 40 femtoseconds μέσω ζευγών πλέγματος. Κατά τη διάρκεια του σταδίου δημιουργίας RDW, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτοσχεδιασμένες και κατασκευασμένες ίνες κοίλου πυρήνα αντι-συντονισμού εννέα συντονιστών. Αυτό το είδος οπτικής ίνας έχει εξαιρετικά χαμηλή απώλεια στη ζώνη παλμών άντλησης και στην περιοχή ορατού φωτός, επιτρέποντας την αποτελεσματική μετατροπή της ενέργειας από την αντλία στο διασκορπισμένο κύμα και αποφεύγοντας τις παρεμβολές που προκαλούνται από τη ζώνη συντονισμού υψηλής απώλειας. Υπό τις βέλτιστες συνθήκες, η ενέργεια που παράγεται από το σύστημα σε παλμό διασποράς μπορεί να φτάσει τα 39 νανοτζάουλ, το μικρότερο πλάτος παλμού μπορεί να φτάσει τα 13 φεμτοδευτερόλεπτα, η μέγιστη ισχύς μπορεί να φτάσει τα 2,2 μεγαβάτ και η απόδοση μετατροπής ενέργειας μπορεί να φτάσει το 13%. Ακόμα πιο συναρπαστικό είναι ότι ρυθμίζοντας την πίεση του αερίου και τις παραμέτρους των οπτικών ινών, το σύστημα μπορεί εύκολα να επεκταθεί στις ζώνες υπεριώδους και υπέρυθρης ακτινοβολίας, επιτυγχάνοντας ευρυζωνική ρύθμιση από βαθιά υπεριώδη έως υπέρυθρη ακτινοβολία.
Αυτή η έρευνα όχι μόνο έχει σημαντική σημασία στον θεμελιώδη τομέα της φωτονικής, αλλά ανοίγει επίσης μια νέα κατάσταση για τους βιομηχανικούς και εφαρμοστικούς τομείς. Για παράδειγμα, σε τομείς όπως η απεικόνιση με πολυφωτονική μικροσκοπία, η εξαιρετικά γρήγορη φασματοσκοπία χρονικής ανάλυσης, η επεξεργασία υλικών, η ιατρική ακριβείας και η έρευνα για την εξαιρετικά γρήγορη μη γραμμική οπτική, αυτός ο συμπαγής, αποτελεσματικός και χαμηλού κόστους νέος τύπος εξαιρετικά γρήγορης πηγής φωτός θα παρέχει στους χρήστες πρωτοφανή εργαλεία και ευελιξία. Ειδικά σε σενάρια που απαιτούν υψηλούς ρυθμούς επανάληψης, μέγιστη ισχύ και εξαιρετικά σύντομους παλμούς, αυτή η τεχνολογία είναι αναμφίβολα πιο ανταγωνιστική και έχει μεγαλύτερο δυναμικό προώθησης σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα ενίσχυσης τιτανίου-σαφειρίου ή οπτικής παραμετρικής ενίσχυσης.
Στο μέλλον, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να βελτιστοποιήσει περαιτέρω το σύστημα, όπως ενσωματώνοντας την τρέχουσα αρχιτεκτονική που περιέχει πολλαπλά οπτικά στοιχεία ελεύθερου χώρου σε οπτικές ίνες, ή ακόμα και χρησιμοποιώντας έναν μόνο ταλαντωτή Mamyshev για να αντικαταστήσει τον τρέχοντα συνδυασμό ταλαντωτή και ενισχυτή, προκειμένου να επιτευχθεί η σμίκρυνση και η ολοκλήρωση του συστήματος. Επιπλέον, προσαρμοζόμενο σε διαφορετικούς τύπους αντισυντονιστικών ινών, εισάγοντας ενεργά αέρια Raman και μονάδες διπλασιασμού συχνότητας, το σύστημα αυτό αναμένεται να επεκταθεί σε μια ευρύτερη ζώνη, παρέχοντας λύσεις λέιζερ ευρείας ζώνης, εξαιρετικά γρήγορων, για όλες τις οπτικές ίνες για πολλαπλά πεδία όπως η υπεριώδης, το ορατό φως και η υπέρυθρη ακτινοβολία.
Σχήμα 1. Σχηματικό διάγραμμα του συντονισμού του παλμικού λέιζερ
Ώρα δημοσίευσης: 28 Μαΐου 2025