Cahaya nampak sub-20 femtosaatsumber laser berdenyut boleh tala
Baru-baru ini, sebuah pasukan penyelidikan dari UK menerbitkan satu kajian inovatif, mengumumkan bahawa mereka telah berjaya membangunkan cahaya nampak sub-20 femtosaat tahap megawatt yang boleh ditala.sumber laser berdenyutSumber laser berdenyut ini, ultra pantaslaser gentianSistem ini mampu menjana denyutan dengan panjang gelombang yang boleh ditala, tempoh ultra pendek, tenaga setinggi 39 nanojoule dan kuasa puncak melebihi 2 megawatt, membuka prospek aplikasi baharu untuk bidang seperti spektroskopi ultra pantas, pengimejan biologi dan pemprosesan perindustrian.
Kemuncak utama teknologi ini terletak pada gabungan dua kaedah canggih: "Penguatan Tak Linear Terurus Keuntungan (GMNA)" dan "Pelepasan Gelombang Serak Resonan (RDW)". Pada masa lalu, untuk mendapatkan denyutan ultra pendek boleh tala berprestasi tinggi sedemikian, laser titanium-nilaf yang mahal dan kompleks atau penguat parametrik optik biasanya diperlukan. Peranti ini bukan sahaja mahal, besar dan sukar diselenggara, tetapi juga terhad oleh kadar pengulangan dan julat talaan yang rendah. Penyelesaian semua gentian yang dibangunkan kali ini bukan sahaja memudahkan seni bina sistem dengan ketara tetapi juga mengurangkan kos dan kerumitan dengan ketara. Ia membolehkan penjanaan langsung sub-20 femtosaat, boleh tala kepada 400 hingga 700 nanometer dan melangkaui denyutan berkuasa tinggi pada frekuensi pengulangan tinggi 4.8 MHz. Pasukan penyelidikan mencapai kejayaan ini melalui seni bina sistem yang direka bentuk dengan tepat. Pertama, mereka menggunakan pengayun gentian ytterbium berkunci mod yang mengekalkan 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 pra-amplifikasi dan pemampatan denyut, denyut benih diperkenalkan ke peringkat GMNA. GMNA menggunakan modulasi fasa kendiri dan taburan gandaan asimetri membujur dalam gentian optik untuk mencapai pelebaran spektrum dan menghasilkan denyutan ultrapendek 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 yang direka bentuk sendiri dan dihasilkan. Gentian optik jenis ini mempunyai kehilangan yang sangat rendah dalam jalur denyut pam dan kawasan cahaya nampak, membolehkan tenaga ditukar dengan cekap daripada pam kepada gelombang tersebar dan mengelakkan gangguan yang disebabkan oleh jalur resonan kehilangan tinggi. Di bawah keadaan optimum, tenaga denyut gelombang penyebaran yang dikeluarkan oleh sistem boleh mencapai 39 nanojoule, lebar denyut terpendek boleh mencapai 13 femtosaat, kuasa puncak boleh setinggi 2.2 megawatt, dan kecekapan penukaran tenaga boleh setinggi 13%. Lebih menarik lagi ialah dengan melaraskan tekanan gas dan parameter gentian, sistem boleh dilanjutkan dengan mudah ke jalur ultraungu dan inframerah, mencapai penalaan jalur lebar daripada ultraungu dalam kepada inframerah.
Penyelidikan ini bukan sahaja mempunyai kepentingan yang ketara dalam bidang asas fotonik, tetapi juga membuka situasi baharu untuk bidang perindustrian dan aplikasi. Contohnya, dalam bidang seperti pengimejan mikroskopi berbilang foton, spektroskopi penyelesaian masa ultra pantas, pemprosesan bahan, perubatan ketepatan dan penyelidikan optik tak linear ultra pantas, sumber cahaya ultra pantas jenis baharu yang padat, cekap dan berkos rendah ini akan menyediakan pengguna dengan alatan dan fleksibiliti yang belum pernah terjadi sebelumnya. Terutamanya dalam senario yang memerlukan kadar pengulangan yang tinggi, kuasa puncak dan denyutan ultra pendek, teknologi ini tidak syak lagi lebih berdaya saing dan mempunyai potensi promosi yang lebih besar berbanding sistem penguatan parametrik titanium-nilaf atau optik tradisional.
Pada masa hadapan, pasukan penyelidikan merancang untuk mengoptimumkan lagi sistem ini, seperti mengintegrasikan seni bina semasa yang mengandungi pelbagai komponen optik ruang bebas ke dalam gentian optik, atau menggunakan pengayun Mamyshev tunggal untuk menggantikan gabungan pengayun dan penguat semasa, bagi 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 diperluaskan kepada jalur yang lebih luas, menyediakan penyelesaian laser ultra pantas semua gentian, jalur lebar, untuk pelbagai medan seperti ultraungu, cahaya nampak dan inframerah.
Rajah 1. Gambarajah skematik penalaan laser berdenyut
Masa siaran: 28 Mei 2025