Laser berdenyut kadar pengulangan ultra tinggi
Dalam dunia mikroskopik interaksi antara cahaya dan jirim, denyutan kadar pengulangan ultra tinggi (UHRP) bertindak sebagai pembaris masa yang tepat – ia berayun pada lebih daripada satu bilion kali sesaat (1GHz), menangkap cap jari molekul sel kanser dalam pengimejan spektrum, membawa sejumlah besar data dalam komunikasi gentian optik, dan menentukur koordinat panjang gelombang bintang dalam teleskop. Terutamanya dalam lompatan dimensi pengesanan lidar, laser berdenyut kadar pengulangan ultra tinggi terahertz (100-300 GHz) menjadi alat yang berkuasa untuk menembusi lapisan gangguan, membentuk semula sempadan persepsi tiga dimensi dengan kuasa manipulasi spatiotemporal pada tahap foton. Pada masa ini, penggunaan mikrostruktur buatan, seperti rongga mikro-cincin yang memerlukan ketepatan pemprosesan skala nano untuk menghasilkan pencampuran empat gelombang (FWM), adalah salah satu kaedah utama untuk mendapatkan denyutan optik kadar pengulangan ultra tinggi. Saintis sedang menumpukan pada penyelesaian masalah kejuruteraan dalam pemprosesan struktur ultra halus, masalah penalaan frekuensi semasa permulaan denyut, dan masalah kecekapan penukaran selepas penjanaan denyut. Satu lagi pendekatan adalah dengan menggunakan gentian tak linear yang tinggi dan menggunakan kesan ketidakstabilan modulasi atau kesan FWM dalam rongga laser untuk merangsang UHRP. Setakat ini, kita masih memerlukan "pembentuk masa" yang lebih tangkas.
Proses penjanaan UHRP dengan menyuntik denyutan ultra pantas untuk mengujakan kesan FWM lesap digambarkan sebagai "pencucuhan ultra pantas". Berbeza dengan skema rongga mikroring buatan yang dinyatakan di atas yang memerlukan pengepaman berterusan, pelarasan penyahtalaan yang tepat untuk mengawal penjanaan denyutan dan penggunaan media yang sangat tak linear untuk menurunkan ambang FWM, "pencucuhan" ini bergantung pada ciri kuasa puncak denyutan ultra pantas untuk mengujakan FWM secara langsung dan selepas "pencucuhan dimatikan", Mencapai UHRP yang mampan sendiri.
Rajah 1 menggambarkan mekanisme teras untuk mencapai pengaturan kendiri denyut berdasarkan pengujaan denyut benih ultra pantas bagi rongga cincin gentian disipatif. Denyutan benih ultra pendek yang disuntik secara luaran (tempoh T0, frekuensi pengulangan F) berfungsi sebagai "sumber pencucuhan" untuk mengujakan medan denyut berkuasa tinggi dalam rongga disipatif. Modul gandaan intraselular berfungsi secara sinergi dengan pembentuk spektrum untuk menukar tenaga denyut benih kepada tindak balas spektrum berbentuk sikat melalui pengawalaturan sendi dalam domain frekuensi masa. Proses ini menembusi batasan pengepaman berterusan tradisional: denyutan benih dimatikan apabila ia mencapai ambang FWM disipatif, dan rongga disipatif mengekalkan keadaan pengaturan kendiri denyut melalui keseimbangan dinamik gandaan dan kehilangan, dengan frekuensi pengulangan denyutan ialah Fs (sepadan dengan frekuensi intrinsik FF dan tempoh T rongga).
Kajian ini juga menjalankan pengesahan teori. Berdasarkan parameter yang diguna pakai dalam persediaan eksperimen dan dengan 1pslaser denyut ultra pantasSebagai medan awal, simulasi berangka telah dijalankan ke atas proses evolusi domain masa dan frekuensi denyut dalam rongga laser. Didapati bahawa denyut melalui tiga peringkat: pemisahan denyut, ayunan berkala denyut, dan taburan seragam denyut di seluruh rongga laser. Keputusan berangka ini juga mengesahkan sepenuhnya ciri-ciri pengaturan kendiri bagilaser denyut.
Dengan mencetuskan kesan pencampuran empat gelombang dalam rongga cincin gentian disipatif melalui pencucuhan denyut benih ultra pantas, penjanaan dan penyelenggaraan denyut frekuensi pengulangan ultra tinggi sub-THZ yang mengatur sendiri (output stabil kuasa 0.5W selepas benih dimatikan) berjaya dicapai, menyediakan jenis sumber cahaya baharu untuk medan lidar: Frekuensi semula tahap sub-THZnya boleh meningkatkan resolusi awan titik ke tahap milimeter. Ciri kemampanan denyut kendiri mengurangkan penggunaan tenaga sistem dengan ketara. Struktur semua gentian memastikan operasi kestabilan tinggi dalam jalur keselamatan mata 1.5 μm. Melihat ke masa depan, teknologi ini dijangka memacu evolusi lidar yang dipasang pada kenderaan ke arah pengecilan (berdasarkan penapis mikro MZI) dan pengesanan jarak jauh (pengembangan kuasa kepada > 1W), dan seterusnya menyesuaikan diri dengan keperluan persepsi persekitaran kompleks melalui pencucuhan terkoordinasi berbilang panjang gelombang dan pengawalaturan pintar.
Masa siaran: 8 Julai 2025