Mažiau nei 20 femtosekundžių trukmės matoma šviesaderinamo impulsinio lazerio šaltinis
Neseniai JK tyrėjų komanda paskelbė novatorišką tyrimą, kuriame teigiama, kad jiems pavyko sukurti reguliuojamo dažnio megavatų lygio, mažesnio nei 20 femtosekundžių trukmės matomos šviesos reguliuojamo dažnio daviklį.impulsinio lazerio šaltinisŠis impulsinis lazerio šaltinis, itin greitaspluošto lazerisSistema gali generuoti impulsus su reguliuojamo ilgio bangomis, itin trumpa trukme, energija iki 39 nanodžaulių ir didžiausia galia, viršijančia 2 megavatus, atverdama visiškai naujas taikymo galimybes tokiose srityse kaip itin sparčioji spektroskopija, biologinis vaizdavimas ir pramoninis apdorojimas.
Šios technologijos pagrindinis akcentas yra dviejų pažangiausių metodų derinimas: „stiprinimu valdomas netiesinis stiprinimas (GMNA)“ ir „rezonansinės dispersinės bangos (RDW) emisija“. Anksčiau norint gauti tokius didelio našumo derinamus itin trumpus impulsus, paprastai reikėdavo brangių ir sudėtingų titano-safyro lazerių arba optinių parametrinių stiprintuvų. Šie įrenginiai buvo ne tik brangūs, dideli ir sunkiai prižiūrimi, bet ir ribojo mažas pasikartojimo dažnis ir derinimo diapazonas. Šį kartą sukurtas visiškai šviesolaidinis sprendimas ne tik žymiai supaprastina sistemos architektūrą, bet ir labai sumažina sąnaudas bei sudėtingumą. Jis leidžia tiesiogiai generuoti mažesnius nei 20 femtosekundžių trukmės, derinamus iki 400–700 nanometrų ir didesnio galingumo impulsus, esant aukštam 4,8 MHz pasikartojimo dažniui. Tyrėjų komanda pasiekė šį proveržį tiksliai suprojektuodama sistemos architektūrą. Pirma, jie panaudojo visiškai poliarizaciją išsaugantį režimu užrakintą iterbio pluošto osciliatorių, pagrįstą netiesinio stiprinimo žiediniu veidrodžiu (NALM), kaip užvedimo šaltinį. Ši konstrukcija ne tik užtikrina ilgalaikį sistemos stabilumą, bet ir padeda išvengti fiziškai prisotintų absorberių sukeliamos degradacijos problemos. Po išankstinio stiprinimo ir impulsų suspaudimo, užkrato impulsai įvedami į GMNA pakopą. GMNA naudoja savaiminę fazės moduliaciją ir išilginį asimetrinį stiprinimo pasiskirstymą optinėse skaidulose, kad pasiektų spektrinį išplėtimą ir generuotų itin trumpus impulsus su beveik tobulu tiesiniu čirpimu, kurie galiausiai suspaudžiami iki mažiau nei 40 femtosekundžių per gardelių poras. RDW generavimo etape tyrėjai naudojo savarankiškai suprojektuotus ir pagamintus devynių rezonatorių antirezonansinius tuščiavidurius pluoštus. Šio tipo optinės skaidulos pasižymi itin mažais nuostoliais kaupinimo impulsų juostoje ir matomos šviesos srityje, todėl energija gali būti efektyviai konvertuojama iš kaupinimo į dispersinę bangą ir išvengiama trukdžių, kuriuos sukelia didelių nuostolių rezonansinė juosta. Optimaliomis sąlygomis sistemos išskiriama dispersinės bangos impulsų energija gali siekti 39 nanodžaulius, trumpiausias impulso plotis gali siekti 13 femtosekundžių, didžiausia galia gali siekti net 2,2 megavatų, o energijos konversijos efektyvumas gali siekti net 13 %. Dar įdomiau yra tai, kad reguliuojant dujų slėgį ir pluošto parametrus, sistemą galima lengvai išplėsti iki ultravioletinių ir infraraudonųjų spindulių juostų, pasiekiant plataus diapazono derinimą nuo giliųjų ultravioletinių iki infraraudonųjų spindulių.
Šis tyrimas ne tik yra labai svarbus fundamentalioje fotonikos srityje, bet ir atveria naują situaciją pramonės ir taikomųjų sričių srityse. Pavyzdžiui, tokiose srityse kaip daugiafotonių mikroskopinių vaizdų gavimas, itin sparčioji laiko skiriamosios gebos spektroskopija, medžiagų apdorojimas, tikslioji medicina ir itin sparčios netiesinės optikos tyrimai, šis kompaktiškas, efektyvus ir nebrangus naujo tipo itin spartus šviesos šaltinis suteiks vartotojams precedento neturinčius įrankius ir lankstumą. Ypač tais atvejais, kai reikalingas didelis pasikartojimo dažnis, maksimali galia ir itin trumpi impulsai, ši technologija neabejotinai yra konkurencingesnė ir turi didesnį reklamos potencialą, palyginti su tradicinėmis titano-safyro arba optinio parametrinio stiprinimo sistemomis.
Ateityje tyrėjų komanda planuoja toliau optimizuoti sistemą, pavyzdžiui, integruoti dabartinę architektūrą, kurioje yra daug laisvos erdvės optinių komponentų, į optinius pluoštus arba netgi naudoti vieną Mamyševo osciliatorių, kuris pakeistų dabartinį osciliatoriaus ir stiprintuvo derinį, siekiant miniatiūrizuoti ir integruoti sistemą. Be to, prisitaikant prie skirtingų tipų antirezonansinių pluoštų, įdiegiant Ramano aktyviąsias dujas ir dažnio dvigubinimo modulius, tikimasi, kad ši sistema bus išplėsta iki platesnės juostos, teikiant vien pluošto, plačiajuosčius, itin greitus lazerinius sprendimus įvairioms sritims, tokioms kaip ultravioletinė, matoma šviesa ir infraraudonoji šviesa.
1 pav. Impulsinio lazerio derinimo schema
Įrašo laikas: 2025 m. gegužės 28 d.