Vidna svetloba pod 20 femtosekundnastavljiv impulzni laserski vir
Nedavno je raziskovalna skupina iz Združenega kraljestva objavila inovativno študijo, v kateri je sporočila, da so uspešno razvili nastavljiv vidni svetlobni vir z močjo v megavatih, ki ga je mogoče nastaviti s časom pod 20 femtosekundami.impulzni laserski virTa impulzni laserski vir, ultrahitervlakenski laserSistem je sposoben generirati impulze z nastavljivimi valovnimi dolžinami, ultra kratkimi trajanji, energijami do 39 nanodžulov in največjo močjo, ki presega 2 megavata, kar odpira povsem nove možnosti uporabe na področjih, kot so ultrahitra spektroskopija, biološko slikanje in industrijska predelava.
Osrednji poudarek te tehnologije je kombinacija dveh najsodobnejših metod: »nelinearnega ojačanja z upravljanjem ojačanja (GMNA)« in »emisije resonančnih disperzijskih valov (RDW)«. V preteklosti so bili za pridobitev tako visokozmogljivih nastavljivih ultra kratkih impulzov običajno potrebni dragi in kompleksni titan-safirni laserji ali optični parametrični ojačevalniki. Te naprave niso bile le drage, zajetne in težko vzdrževalne, temveč so jih omejevale tudi nizke frekvence ponovitve in območja uglaševanja. Rešitev, ki temelji izključno na vlaknih, razvita tokrat, ne le bistveno poenostavi arhitekturo sistema, temveč tudi močno zmanjša stroške in kompleksnost. Omogoča neposredno generiranje impulzov visoke moči pod 20 femtosekund, nastavljivih na 400 do 700 nanometrov in več, pri visoki frekvenci ponovitve 4,8 MHz. Raziskovalna skupina je ta preboj dosegla z natančno zasnovano arhitekturo sistema. Najprej so kot vir semena uporabili iterbijev optični oscilator z v celoti polarizacijsko zaklenjenim modom, ki temelji na nelinearnem ojačevalnem obročastem zrcalu (NALM). Ta zasnova ne zagotavlja le dolgoročne stabilnosti sistema, temveč tudi preprečuje problem degradacije fizikalno nasičenih absorberjev. Po predojačitvi in kompresiji impulzov se začetni impulzi vnesejo v stopnjo GMNA. GMNA uporablja samofazno modulacijo in vzdolžno asimetrično porazdelitev ojačanja v optičnih vlaknih za doseganje spektralnega širjenja in generiranje ultrakratkih impulzov s skoraj popolnim linearnim čirpom, ki se na koncu s pomočjo parov rešetk stisnejo na manj kot 40 femtosekund. Med fazo generiranja RDW so raziskovalci uporabili lastno zasnovana in izdelana votla vlakna z devetimi resonatorji in antiresonanco. Ta vrsta optičnega vlakna ima izjemno nizke izgube v pasu črpalnega impulza in območju vidne svetlobe, kar omogoča učinkovito pretvorbo energije iz črpalnega v razpršeni val in preprečuje motnje, ki jih povzroča resonančni pas z visokimi izgubami. V optimalnih pogojih lahko sistem doseže energijo impulza disperzijskega vala, ki doseže 39 nanodžulov, najkrajša širina impulza lahko doseže 13 femtosekund, največja moč lahko doseže do 2,2 megavata, učinkovitost pretvorbe energije pa lahko doseže do 13 %. Še bolj vznemirljivo je, da je s prilagajanjem tlaka plina in parametrov vlaken mogoče sistem enostavno razširiti na ultravijolični in infrardeči pas, s čimer se doseže širokopasovna nastavitev od globokega ultravijoličnega do infrardečega sevanja.
Ta raziskava ni pomembna le na temeljnem področju fotonike, temveč odpira tudi nove možnosti za industrijsko in uporabno področje. Na primer, na področjih, kot so slikanje z večfotonsko mikroskopijo, ultrahitra časovno ločljiva spektroskopija, obdelava materialov, precizna medicina in raziskave ultrahitre nelinearne optike, bo ta kompaktna, učinkovita in cenovno ugodna nova vrsta ultrahitrega svetlobnega vira uporabnikom zagotovila orodja in prilagodljivost brez primere. Zlasti v scenarijih, ki zahtevajo visoke frekvence ponovitev, največjo moč in ultra kratke impulze, je ta tehnologija nedvomno bolj konkurenčna in ima večji promocijski potencial v primerjavi s tradicionalnimi titanovo-safirnimi ali optičnimi parametričnimi ojačevalnimi sistemi.
Raziskovalna skupina v prihodnosti načrtuje nadaljnjo optimizacijo sistema, kot je na primer integracija trenutne arhitekture, ki vsebuje več optičnih komponent v prostem prostoru, v optična vlakna ali celo uporaba enega samega Mamyshevljevega oscilatorja za zamenjavo trenutne kombinacije oscilatorja in ojačevalnika, da bi dosegli miniaturizacijo in integracijo sistema. Poleg tega naj bi se ta sistem s prilagoditvijo različnim vrstam antiresonančnih vlaken, uvedbo Ramanovih aktivnih plinov in modulov za podvajanje frekvence razširil na širši pas, kar bi zagotovilo rešitve za laserje, ki temeljijo na vseh vrstah vlaken, širokopasovne in ultrahitre laserje za več področij, kot so ultravijolična, vidna in infrardeča svetloba.
Slika 1. Shematski diagram uglaševanja pulznega laserja
Čas objave: 28. maj 2025