Pulsni laser s ultra visokom frekvencijom ponavljanja

Pulsni laser s ultra visokom frekvencijom ponavljanja

U mikroskopskom svijetu interakcije između svjetlosti i materije, impulsi ultra visoke frekvencije ponavljanja (UHRP) djeluju kao precizni vladari vremena – osciliraju više od milijardu puta u sekundi (1 GHz), bilježeći molekularne otiske stanica raka u spektralnom snimanju, noseći ogromne količine podataka u optičkoj komunikaciji i kalibrirajući koordinate valnih duljina zvijezda u teleskopima. Posebno u skoku dimenzije detekcije ladara, terahercni pulsni laseri ultra visoke frekvencije ponavljanja (100-300 GHz) postaju moćni alati za prodiranje u sloj interferencije, preoblikujući granice trodimenzionalne percepcije prostorno-vremenskom manipulacijskom snagom na razini fotona. Trenutno je korištenje umjetnih mikrostruktura, poput mikroprstenastih šupljina koje zahtijevaju točnost obrade na nanoskalnim razinama za generiranje četverovalnog miješanja (FWM), jedna od glavnih metoda za dobivanje optičkih impulsa ultra visoke frekvencije ponavljanja. Znanstvenici se usredotočuju na rješavanje inženjerskih problema u obradi ultra finih struktura, problem podešavanja frekvencije tijekom inicijacije impulsa i problem učinkovitosti pretvorbe nakon generiranja impulsa. Drugi pristup je korištenje visoko nelinearnih vlakana i korištenje efekta modulacijske nestabilnosti ili FWM efekta unutar laserske šupljine za pobuđivanje UHRP-ova. Zasad nam je još uvijek potreban spretniji "oblikovatelj vremena".

Proces generiranja UHRP-a ubrizgavanjem ultrabrzih impulsa za pobuđivanje disipativnog FWM efekta opisan je kao „ultrabrzo paljenje“. Za razliku od gore spomenute sheme umjetne mikroprstenaste šupljine koja zahtijeva kontinuirano pumpanje, precizno podešavanje rasklađivanja za kontrolu generiranja impulsa i korištenje visoko nelinearnih medija za snižavanje FWM praga, ovo „paljenje“ oslanja se na karakteristike vršne snage ultrabrzih impulsa za izravno pobuđivanje FWM-a, a nakon „gašenja paljenja“ postiže se samoodrživi UHRP.

Slika 1 ilustrira temeljni mehanizam postizanja samoorganizacije impulsa na temelju ultrabrzog pobuđivanja pulsa početnog opterećenja disipativnih šupljina vlaknastih prstenova. Izvana ubrizgani ultrakratki puls početnog opterećenja (period T0, frekvencija ponavljanja F) služi kao "izvor paljenja" za pobuđivanje pulsnog polja velike snage unutar disipativne šupljine. Unutarstanični modul pojačanja radi u sinergiji sa spektralnim oblikovateljem kako bi pretvorio energiju pulsa početnog opterećenja u spektralni odziv u obliku češlja putem zajedničke regulacije u vremensko-frekvencijskoj domeni. Ovaj proces probija ograničenja tradicionalnog kontinuiranog pumpanja: puls početnog opterećenja se isključuje kada dosegne prag disipacije FWM, a disipativna šupljina održava samoorganizirajuće stanje impulsa putem dinamičke ravnoteže pojačanja i gubitka, s frekvencijom ponavljanja impulsa Fs (što odgovara intrinzičnoj frekvenciji FF i periodu T šupljine).

Ova studija je također provela teorijsku provjeru. Na temelju parametara usvojenih u eksperimentalnoj postavci i s 1psultrabrzi pulsni laserKao početno polje, provedena je numerička simulacija procesa evolucije vremenske domene i frekvencije impulsa unutar laserske šupljine. Utvrđeno je da impuls prolazi kroz tri faze: cijepanje impulsa, periodično osciliranje impulsa i jednolika raspodjela impulsa po cijeloj laserskoj šupljini. Ovaj numerički rezultat također u potpunosti potvrđuje samoorganizirajuće karakteristikepulsni laser.

Pokretanjem efekta miješanja četiriju valova unutar šupljine disipativnog vlaknastog prstena putem ultrabrzog paljenja početnog impulsa, uspješno je postignuto samoorganizirajuće generiranje i održavanje impulsa ultra visoke frekvencije ponavljanja ispod THz (stabilan izlaz snage od 0,5 W nakon isključivanja početnog impulsa), pružajući novu vrstu izvora svjetlosti za lidar polje: Njegova refrekvencija ispod THz može poboljšati rezoluciju oblaka točaka do milimetarske razine. Značajka samoodržavanja impulsa značajno smanjuje potrošnju energije sustava. Struktura u potpunosti od vlakana osigurava visoku stabilnost rada u sigurnosnom pojasu za oko od 1,5 μm. Gledajući u budućnost, očekuje se da će ova tehnologija potaknuti evoluciju lidara montiranog na vozila prema minijaturizaciji (na temelju MZI mikrofiltera) i detekciji na velikim udaljenostima (proširenje snage na > 1 W), te se dodatno prilagoditi zahtjevima percepcije složenih okruženja putem koordiniranog paljenja na više valnih duljina i inteligentne regulacije.