Vidljiva svjetlost ispod 20 femtosekundipodesivi pulsni laserski izvor
Nedavno je istraživački tim iz Ujedinjenog Kraljevstva objavio inovativnu studiju u kojoj je objavio da su uspješno razvili podesivi vidljivi svjetlosni izvor snage megavata, frekvencije ispod 20 femtosekundi.pulsirajući laserski izvorOvaj pulsirajući laserski izvor, ultrabrzivlaknasti laserSustav je sposoban generirati impulse s podesivim valnim duljinama, ultrakratkim trajanjem, energijama do 39 nanodžula i vršnom snagom većom od 2 megavata, otvarajući potpuno nove mogućnosti primjene za područja poput ultrabrze spektroskopije, biološkog snimanja i industrijske obrade.
Glavni vrhunac ove tehnologije leži u kombinaciji dviju vrhunskih metoda: „Nelinearno pojačanje s upravljanjem pojačanjem (GMNA)“ i „Emisija rezonantnog disperzivnog vala (RDW)“. U prošlosti su za dobivanje takvih visokoučinkovitih podesivih ultrakratkih impulsa obično bili potrebni skupi i složeni titan-safirni laseri ili optička parametarska pojačala. Ovi uređaji nisu bili samo skupi, glomazni i teški za održavanje, već su bili ograničeni i niskim brzinama ponavljanja i rasponima podešavanja. Rješenje s potpuno vlaknima razvijeno ovaj put ne samo da značajno pojednostavljuje arhitekturu sustava, već i uvelike smanjuje troškove i složenost. Omogućuje izravno generiranje impulsa velike snage ispod 20 femtosekundi, podesivih na 400 do 700 nanometara i dalje, na visokoj frekvenciji ponavljanja od 4,8 MHz. Istraživački tim postigao je ovaj proboj precizno dizajniranom arhitekturom sustava. Prvo, koristili su potpuno polarizirani modalno zaključani oscilator od iterbija, temeljen na nelinearnom zrcalu za pojačanje (NALM) kao izvor sjemena. Ovaj dizajn ne samo da osigurava dugoročnu stabilnost sustava, već i izbjegava problem degradacije fizički zasićenih apsorbera. Nakon predpojačanja i kompresije impulsa, početni impulsi se uvode u GMNA fazu. GMNA koristi samofaznu modulaciju i longitudinalnu asimetričnu raspodjelu pojačanja u optičkim vlaknima kako bi se postiglo spektralno širenje i generirali ultrakratki impulsi s gotovo savršenim linearnim cvrkutom, koji se na kraju komprimiraju na manje od 40 femtosekundi putem parova rešetki. Tijekom faze generiranja RDW-a, istraživači su koristili vlastito dizajnirana i proizvedena antirezonantna vlakna sa šupljom jezgrom s devet rezonatora. Ova vrsta optičkog vlakna ima izuzetno niske gubitke u pojasu impulsa pumpe i području vidljive svjetlosti, što omogućuje učinkovitu pretvorbu energije iz pumpe u raspršeni val i izbjegava interferenciju uzrokovanu rezonantnim pojasom s visokim gubicima. Pod optimalnim uvjetima, izlazna energija impulsa disperzijskog vala koju sustav može doseći može doseći 39 nanodžula, najkraća širina impulsa može doseći 13 femtosekundi, vršna snaga može biti i do 2,2 megavata, a učinkovitost pretvorbe energije može biti i do 13%. Još je uzbudljivije to što se podešavanjem tlaka plina i parametara vlakana sustav može lako proširiti na ultraljubičasto i infracrveno područje, postižući širokopojasno podešavanje od dubokog ultraljubičastog do infracrvenog.
Ovo istraživanje ne samo da ima značajnu važnost u temeljnom području fotonike, već i otvara novu situaciju za industrijska i primjenska područja. Na primjer, u područjima kao što su snimanje višefotonskom mikroskopijom, ultrabrza vremenski razlučena spektroskopija, obrada materijala, precizna medicina i istraživanja ultrabrze nelinearne optike, ovaj kompaktni, učinkoviti i jeftini novi tip ultrabrzog izvora svjetlosti pružit će korisnicima neviđene alate i fleksibilnost. Posebno u scenarijima koji zahtijevaju visoke brzine ponavljanja, vršnu snagu i ultrakratke impulse, ova tehnologija je nesumnjivo konkurentnija i ima veći potencijal promocije u usporedbi s tradicionalnim titan-safirnim ili optičkim parametarskim pojačalima.
U budućnosti, istraživački tim planira daljnju optimizaciju sustava, poput integriranja trenutne arhitekture koja sadrži više optičkih komponenti slobodnog prostora u optička vlakna ili čak korištenjem jednog Mamyshev oscilatora za zamjenu trenutne kombinacije oscilatora i pojačala, kako bi se postigla miniaturizacija i integracija sustava. Osim toga, prilagodbom različitim vrstama antirezonantnih vlakana, uvođenjem Ramanovih aktivnih plinova i modula za udvostručenje frekvencije, očekuje se da će se ovaj sustav proširiti na širi pojas, pružajući potpuno optička, širokopojasna, ultrabrza laserska rješenja za više područja poput ultraljubičastog, vidljivog svjetla i infracrvenog zračenja.
Slika 1. Shematski dijagram podešavanja pulsirajućeg lasera
Vrijeme objave: 28. svibnja 2025.