Laser denyutan kadar ulangan ultra tinggi

Laser denyutan kadar ulangan ultra tinggi

Dalam dunia mikroskopik interaksi antara cahaya dan jirim, denyutan kadar ulangan ultra tinggi (UHRPs) 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. Terutamanya dalam lonjakan dimensi pengesanan lidar, laser berdenyut kadar ulangan 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, menggunakan struktur mikro buatan, seperti rongga cincin mikro yang memerlukan ketepatan pemprosesan skala nano untuk menghasilkan pencampuran empat gelombang (FWM), merupakan salah satu kaedah utama untuk mendapatkan denyutan optik kadar ulangan ultra tinggi. Para saintis menumpukan pada menyelesaikan masalah kejuruteraan dalam pemprosesan struktur ultra-halus, masalah penalaan frekuensi semasa permulaan nadi, dan masalah kecekapan penukaran selepas penjanaan nadi. Pendekatan lain ialah menggunakan gentian sangat tidak linear dan menggunakan kesan ketidakstabilan modulasi atau kesan FWM dalam rongga laser untuk merangsang UHRPs. Setakat ini, kita masih memerlukan "pembentuk masa" yang lebih cekap.

Proses penjanaan UHRP dengan menyuntik denyutan ultrafast untuk merangsang kesan FWM dissipative digambarkan sebagai "pencucuhan ultrafast". Berbeza daripada skim rongga mikroring tiruan yang disebut di atas yang memerlukan pengepaman berterusan, pelarasan tepat detuning untuk mengawal penjanaan nadi, dan penggunaan media sangat tidak linear untuk menurunkan ambang FWM, "pencucuhan" ini bergantung pada ciri kuasa puncak denyut ultra laju untuk secara langsung merangsang FWM, dan selepas "pencucuhan dimatikan", Mencapai UH self-sustaining

Rajah 1 menggambarkan mekanisme teras untuk mencapai penyusunan kendiri nadi berdasarkan pengujaan nadi benih ultrafast rongga cincin gentian dissipative. Nadi benih ultrashort yang disuntik secara luaran (tempoh T0, kekerapan pengulangan F) berfungsi sebagai "sumber pencucuhan" untuk merangsang medan nadi berkuasa tinggi dalam rongga pelesapan. Modul keuntungan intraselular berfungsi secara sinergi dengan pembentuk spektrum untuk menukar tenaga nadi benih menjadi tindak balas spektrum berbentuk sikat melalui peraturan bersama dalam domain frekuensi masa. Proses ini menembusi batasan pengepaman berterusan tradisional: nadi benih dimatikan apabila ia mencapai ambang FWM pelesapan, dan rongga pelesapan mengekalkan keadaan mengatur sendiri nadi melalui keseimbangan dinamik untung dan rugi, dengan kekerapan ulangan nadi ialah Fs (bersesuaian dengan frekuensi intrinsik FF dan tempoh T rongga).

Kajian ini juga menjalankan pengesahan teori. Berdasarkan parameter yang diterima pakai dalam persediaan eksperimen dan dengan 1pslaser nadi ultracepatsebagai medan awal, simulasi berangka telah dijalankan pada proses evolusi domain masa nadi dan frekuensi dalam rongga laser. Didapati bahawa nadi telah melalui tiga peringkat: pembelahan nadi, ayunan berkala nadi, dan pengedaran seragam nadi di seluruh rongga laser. Keputusan berangka ini juga mengesahkan sepenuhnya ciri-ciri penyusunan diri bagilaser nadi.

Dengan mencetuskan kesan pencampuran empat gelombang dalam rongga gelang gentian pelesapan melalui pencucuhan nadi benih ultrapantas, penjanaan dan penyelenggaraan denyutan frekuensi ulangan ultra-tinggi sub-THZ (output stabil kuasa 0.5W selepas benih dimatikan) berjaya dicapai, menyediakan jenis sumber cahaya baharu untuk medan lidar-THZ boleh meningkatkan titik pantulan awan: aras milimeter. Ciri mampan kendiri nadi mengurangkan penggunaan tenaga sistem dengan ketara. Struktur semua gentian memastikan operasi kestabilan tinggi dalam jalur keselamatan mata 1.5 μm. Melihat ke masa hadapan, teknologi ini dijangka memacu evolusi lidar yang dipasang kenderaan ke arah pengecilan (berdasarkan penapis mikro MZI) dan pengesanan jarak jauh (pengembangan kuasa kepada > 1W), dan seterusnya menyesuaikan diri dengan keperluan persepsi persekitaran yang kompleks melalui pencucuhan selaras berbilang panjang gelombang dan pengawalan pintar.