20 femtoszekundum alatti látható fényhangolható impulzuslézerforrás
Nemrégiben egy brit kutatócsoport publikált egy innovatív tanulmányt, amelyben bejelentették, hogy sikeresen kifejlesztettek egy hangolható, megawatt-szintű, 20 femtoszekundum alatti látható fényre hangolható berendezést.impulzuslézer forrásEz az impulzuslézer-forrás, ultragyorsszálas lézerA rendszer képes hangolható hullámhosszú, ultrarövid időtartamú, akár 39 nanojoule energiájú és 2 megawattot meghaladó csúcsteljesítményű impulzusok generálására, ami vadonatúj alkalmazási lehetőségeket nyit meg olyan területeken, mint az ultragyors spektroszkópia, a biológiai képalkotás és az ipari feldolgozás.
Ennek a technológiának a lényege két élvonalbeli módszer kombinációja: a „Gain-Managed Nonlinear Amplification (GMNA)” és a „Resonant Dispersive Wave (RDW) emisszió”. A múltban az ilyen nagy teljesítményű hangolható ultrarövid impulzusok előállításához általában drága és összetett titán-zafír lézerekre vagy optikai parametrikus erősítőkre volt szükség. Ezek az eszközök nemcsak költségesek, nagyok és nehezen karbantarthatók voltak, hanem az alacsony ismétlési frekvenciák és hangolási tartományok is korlátozták őket. Az ezúttal kifejlesztett, teljes száloptikás megoldás nemcsak jelentősen leegyszerűsíti a rendszer architektúráját, hanem nagymértékben csökkenti a költségeket és a bonyolultságot is. Lehetővé teszi 20 femtoszekundum alatti, 400-700 nanométerre és azon túli nagy teljesítményű impulzusok közvetlen előállítását 4,8 MHz-es ismétlési frekvencián. A kutatócsoport ezt az áttörést egy precízen megtervezett rendszerarchitektúrának köszönhetően érte el. Először is, egy teljesen polarizációmegőrző móduszáras itterbium szálas oszcillátort használtak jelforrásként, amely nemlineáris erősítésű gyűrűs tükörön (NALM) alapul. Ez a kialakítás nemcsak a rendszer hosszú távú stabilitását biztosítja, hanem elkerüli a fizikailag telített abszorberek degradációs problémáját is. Az előerősítés és az impulzustömörítés után a vetőimpulzusokat a GMNA fokozatba vezetik. A GMNA az optikai szálakban önfázis-modulációt és longitudinális aszimmetrikus erősítéseloszlást alkalmaz a spektrális kiszélesedés eléréséhez és közel tökéletes lineáris csipogású ultrarövid impulzusok generálásához, amelyeket végül rácspárokon keresztül 40 femtoszekundum alatti időre tömörítenek. Az RDW generálási szakaszában a kutatók saját tervezésű és gyártású, kilenc rezonátoros rezonanciagátló üreges magú szálakat használtak. Az ilyen típusú optikai szál rendkívül alacsony veszteséggel rendelkezik a pumpáló impulzussávban és a látható fény tartományában, lehetővé téve az energia hatékony átalakítását a pumpáló hullámból a diszpergált hullámmá, és elkerülve a nagy veszteségű rezonáns sáv által okozott interferenciát. Optimális körülmények között a rendszer által kibocsátott diszperziós hullám impulzusenergia elérheti a 39 nanojoule-t, a legrövidebb impulzusszélesség elérheti a 13 femtoszekundumot, a csúcsteljesítmény akár 2,2 megawatt is lehet, az energiakonverziós hatásfok pedig akár 13%. Még izgalmasabb, hogy a gáznyomás és a szál paramétereinek beállításával a rendszer könnyen kiterjeszthető az ultraibolya és infravörös sávokra, szélessávú hangolást érve el a mély ultraibolya és az infravörös tartományoktól.
Ez a kutatás nemcsak a fotonika alapvető területén bír jelentős jelentőséggel, hanem új helyzetet nyit az ipari és alkalmazási területeken is. Például olyan területeken, mint a többfotonos mikroszkópos képalkotás, az ultragyors időfelbontásos spektroszkópia, az anyagfeldolgozás, a precíziós orvoslás és az ultragyors nemlineáris optikai kutatás, ez a kompakt, hatékony és alacsony költségű új típusú ultragyors fényforrás példátlan eszközöket és rugalmasságot biztosít a felhasználóknak. Különösen a nagy ismétlési sebességet, csúcsteljesítményt és ultrarövid impulzusokat igénylő forgatókönyvekben ez a technológia kétségtelenül versenyképesebb és nagyobb promóciós potenciállal rendelkezik a hagyományos titán-zafír vagy optikai parametrikus erősítő rendszerekhez képest.
A kutatócsoport a jövőben a rendszer további optimalizálását tervezi, például a jelenlegi, több szabad terű optikai komponenst tartalmazó architektúra optikai szálakba integrálását, vagy akár egyetlen Mamyshev oszcillátor használatát a jelenlegi oszcillátor és erősítő kombinációjának helyettesítésére a rendszer miniatürizálása és integrációja érdekében. Ezenkívül a különböző típusú rezonanciamentesítő szálakhoz való alkalmazkodással, Raman aktív gázok és frekvenciakettőztető modulok bevezetésével ez a rendszer várhatóan szélesebb sávszélességre bővül, teljes szálas, szélessávú, ultragyors lézermegoldásokat kínálva több területen, például ultraibolya, látható fény és infravörös tartományban.
1. ábra. Az impulzuslézer hangolásának vázlatos rajza
Közzététel ideje: 2025. május 28.