Ultramagas ismétlési sebességű impulzuslézer
A fény és az anyag kölcsönhatásának mikroszkopikus világában az ultramagas ismétlési frekvenciájú impulzusok (UHRP-k) az idő precíz irányítóiként működnek – másodpercenként több mint egymilliárdszor (1 GHz) oszcillálnak, spektrális képalkotásban rögzítik a rákos sejtek molekuláris ujjlenyomatait, hatalmas mennyiségű adatot szállítanak az optikai szálas kommunikációban, és kalibrálják a csillagok hullámhossz-koordinátáit a teleszkópokban. Különösen a lidar detektálási dimenziójának ugrásában a terahertzes ultramagas ismétlési frekvenciájú impulzuslézerek (100-300 GHz) hatékony eszközökké válnak az interferencia réteg áthatolására, a foton szintű téridőbeli manipulációs erővel átalakítva a háromdimenziós érzékelés határait. Jelenleg a mesterséges mikrostruktúrák, például a négyhullámú keverés (FWM) létrehozásához nanoskálájú feldolgozási pontosságot igénylő mikrogyűrűs üregek használata az egyik fő módszer az ultramagas ismétlési frekvenciájú optikai impulzusok előállítására. A tudósok az ultrafinom struktúrák feldolgozásával kapcsolatos mérnöki problémák, az impulzusindítás során fellépő frekvenciahangolási probléma és az impulzusgenerálás utáni konverziós hatékonysági probléma megoldására összpontosítanak. Egy másik megközelítés a nagymértékben nemlineáris szálak használata és a lézer üregén belüli modulációs instabilitási hatás vagy FWM-effektus kihasználása az UHRP-k gerjesztésére. Eddig még mindig szükségünk van egy ügyesebb „időformálóra”.
Az UHRP előállításának folyamatát, melynek során ultragyors impulzusokat injektálnak a disszipatív FWM-effektus gerjesztésére, „ultragyors gyújtásnak” nevezik. A fent említett mesterséges mikrogyűrűs üregrendszertől eltérően, amely folyamatos pumpálást, az impulzusgenerálás vezérléséhez szükséges elhangolás pontos beállítását és az FWM-küszöbérték csökkentésére szolgáló, erősen nemlineáris közeg használatát igényli, ez a „gyújtás” az ultragyors impulzusok csúcsteljesítmény-jellemzőire támaszkodik az FWM közvetlen gerjesztéséhez, majd a „gyújtás kikapcsolása” után önfenntartó UHRP-t ér el.
Az 1. ábra a disszipatív szálgyűrű üregeinek ultragyors vetőmag impulzus gerjesztésén alapuló impulzus önszerveződés elérésének alapvető mechanizmusát szemlélteti. A kívülről befecskendezett ultrarövid vetőmag impulzus (periódusidő T0, ismétlési frekvencia F) „gyújtóforrásként” szolgál egy nagy teljesítményű impulzusmező gerjesztésére a disszipatív üregben. Az intracelluláris erősítésmodul szinergiában működik a spektrális formázóval, hogy a vetőmag impulzus energiáját fésű alakú spektrális válaszsá alakítsa az idő-frekvencia tartományban történő együttes szabályozás révén. Ez a folyamat áttöri a hagyományos folyamatos pumpálás korlátait: a vetőmag impulzus kikapcsol, amikor eléri a disszipációs FWM küszöbértéket, és a disszipációs üreg az erősítés és veszteség dinamikus egyensúlyán keresztül fenntartja az impulzus önszerveződő állapotát, ahol az impulzus ismétlési frekvencia Fs (ami megfelel az üreg belső frekvenciájának FF és periódusidejének T).
Ez a tanulmány elméleti ellenőrzést is végzett. A kísérleti beállításban alkalmazott paraméterek és 1ps mellettultragyors impulzuslézerKiindulási mezőként numerikus szimulációt végeztek az impulzus időtartományának és frekvenciájának evolúciós folyamatán a lézer rezonátorában. Megállapították, hogy az impulzus három szakaszon ment keresztül: impulzusfelosztás, impulzus periodikus oszcilláció és impulzus egyenletes eloszlása a teljes lézer rezonátorban. Ez a numerikus eredmény teljes mértékben igazolja aimpulzuslézer.
A disszipatív szálgyűrű üregében lévő négyhullámú keverési hatás ultragyors vetőmag-impulzus gyújtáson keresztüli kiváltásával sikeresen elérték a THZ alatti, ultramagas ismétlési frekvenciájú impulzusok önszerveződő generálását és fenntartását (stabil 0,5 W teljesítmény a vetőmag kikapcsolása után), ami egy új típusú fényforrást biztosít a lidar mező számára: THZ alatti újrafrekvenciája milliméteres szintre növelheti a pontfelhő felbontását. Az impulzus önfenntartó funkciója jelentősen csökkenti a rendszer energiafogyasztását. A teljes szálas szerkezet nagy stabilitást biztosít az 1,5 μm-es szembiztonsági sávban. A jövőre nézve ez a technológia várhatóan előmozdítja a járművekbe szerelt lidarok fejlődését a miniatürizálás (MZI mikroszűrőkön alapulva) és a nagy hatótávolságú érzékelés (teljesítménybővítés > 1 W-ra) felé, valamint tovább alkalmazkodik az összetett környezetek érzékelési követelményeihez a több hullámhosszú koordinált gyújtás és az intelligens szabályozás révén.
Közzététel ideje: 2025. július 8.