Sumber laser berdenyut cahaya boleh ditala sub-20 femtosaat

Cahaya nampak sub-20 femtosaatsumber laser berdenyut boleh tala

Baru-baru ini, pasukan penyelidik dari UK menerbitkan satu kajian inovatif, mengumumkan bahawa mereka telah berjaya membangunkan tahap megawatt boleh ditala sub-20 femtosaat cahaya boleh dilihat.sumber laser berdenyut. Sumber laser berdenyut ini, sangat pantaslaser gentiansistem mampu menjana denyutan dengan panjang gelombang boleh tala, tempoh ultra-pendek, tenaga setinggi 39 nanojoule, dan kuasa puncak melebihi 2 megawatt, membuka prospek aplikasi serba baharu untuk bidang seperti spektroskopi ultra pantas, pengimejan biologi dan pemprosesan industri.

Sorotan teras teknologi ini terletak pada gabungan dua kaedah canggih: "Penguatan tak linear Terurus Gain (GMNA)" dan "Pancaran Gelombang Penyerakan Resonan (RDW)". Pada masa lalu, untuk mendapatkan denyut ultrashshort boleh tala berprestasi tinggi seperti itu, laser titanium-sapphire yang mahal dan kompleks atau penguat parametrik optik biasanya diperlukan. Peranti ini bukan sahaja mahal, besar dan sukar diselenggara, tetapi juga dihadkan oleh kadar ulangan yang rendah dan julat penalaan. Penyelesaian semua gentian yang dibangunkan kali ini bukan sahaja memudahkan seni bina sistem tetapi juga mengurangkan kos dan kerumitan dengan ketara. Ia membolehkan penjanaan langsung sub-20 femtosaat, boleh ditala kepada 400 hingga 700 nanometer dan melangkaui denyutan kuasa tinggi pada kekerapan ulangan tinggi 4.8 MHz. Pasukan penyelidik mencapai kejayaan ini melalui seni bina sistem yang direka dengan tepat. Pertama, mereka menggunakan pengayun gentian ytterbium terkunci mod pemuliharaan polarisasi sepenuhnya berdasarkan cermin cincin penguatan tak linear (NALM) sebagai sumber benih. Reka bentuk ini bukan sahaja memastikan kestabilan jangka panjang sistem, tetapi juga mengelakkan masalah degradasi penyerap tepu fizikal. Selepas praamplifikasi dan mampatan nadi, denyutan benih diperkenalkan ke peringkat GMNA. GMNA menggunakan modulasi fasa kendiri dan taburan keuntungan asimetri membujur dalam gentian optik untuk mencapai pelebaran spektrum dan menjana denyutan ultrashort dengan kicauan linear yang hampir sempurna, yang akhirnya dimampatkan kepada sub-40 femtosaat melalui pasangan parut. Semasa peringkat penjanaan RDW, penyelidik menggunakan gentian teras berongga anti-resonans sembilan resonator rekaan sendiri dan dihasilkan. Gentian optik jenis ini mempunyai kehilangan yang sangat rendah dalam jalur nadi pam dan kawasan cahaya yang boleh dilihat, membolehkan tenaga ditukar dengan cekap daripada pam kepada gelombang tersebar dan mengelakkan gangguan yang disebabkan oleh jalur resonan kehilangan tinggi. Di bawah keadaan optimum, output tenaga nadi gelombang penyebaran oleh sistem boleh mencapai 39 nanojoule, lebar nadi terpendek boleh mencapai 13 femtosaat, kuasa puncak boleh setinggi 2.2 megawatt, dan kecekapan penukaran tenaga boleh setinggi 13%. Lebih mengujakan ialah dengan melaraskan tekanan gas dan parameter gentian, sistem boleh dengan mudah diperluaskan kepada jalur ultraungu dan inframerah, mencapai penalaan jalur lebar daripada ultraungu dalam kepada inframerah.

Penyelidikan ini bukan sahaja mempunyai kepentingan yang signifikan dalam bidang asas fotonik, tetapi juga membuka situasi baharu untuk bidang perindustrian dan aplikasi. Sebagai contoh, dalam bidang seperti pengimejan mikroskop berbilang foton, spektroskopi penyelesaian masa ultra pantas, pemprosesan bahan, perubatan ketepatan dan penyelidikan optik tak linear ultrafast, jenis sumber cahaya ultrapantas baharu yang padat, cekap dan kos rendah ini akan menyediakan pengguna dengan alatan dan fleksibiliti yang belum pernah terjadi sebelumnya. Terutamanya dalam senario yang memerlukan kadar ulangan yang tinggi, kuasa puncak dan denyutan ultra-pendek, teknologi ini sudah pasti lebih kompetitif dan mempunyai potensi promosi yang lebih besar berbanding sistem penguatan parametrik titanium-nilam tradisional atau optik.

Pada masa hadapan, pasukan penyelidik merancang untuk mengoptimumkan lagi sistem, seperti menyepadukan seni bina semasa yang mengandungi berbilang komponen optik ruang bebas ke dalam gentian optik, atau bahkan menggunakan satu pengayun Mamyshev untuk menggantikan gabungan pengayun dan penguat semasa, untuk mencapai pengecilan dan penyepaduan sistem. Di samping itu, dengan menyesuaikan diri dengan pelbagai jenis gentian anti-resonans, memperkenalkan gas aktif Raman dan modul penggandaan frekuensi, sistem ini dijangka akan dikembangkan kepada jalur yang lebih luas, menyediakan penyelesaian laser semua gentian, jalur lebar, ultrafast untuk pelbagai medan seperti ultraungu, cahaya nampak dan inframerah.

Rajah 1. Gambarajah skematik penalaan laser berdenyut