Światło widzialne o długości poniżej 20 femtosekundregulowane źródło lasera impulsowego
Niedawno zespół badawczy z Wielkiej Brytanii opublikował nowatorskie badanie, w którym ogłosił, że udało mu się opracować strojony generator światła widzialnego o mocy poniżej 20 femtosekund i mocy rzędu megawatów.źródło lasera impulsowego. To źródło lasera impulsowego, ultraszybkielaser światłowodowySystem jest w stanie generować impulsy o regulowanych długościach fal, bardzo krótkim czasie trwania, energii sięgającej 39 nanodżuli i mocy szczytowej przekraczającej 2 megawaty, co otwiera zupełnie nowe perspektywy zastosowań w takich dziedzinach, jak ultrakrótka spektroskopia, obrazowanie biologiczne i przetwórstwo przemysłowe.
Najważniejszym elementem tej technologii jest połączenie dwóch najnowocześniejszych metod: „Gain-Managed Nonlinear Amplification (GMNA)” i „Resonant Dispersive Wave (RDW) emission”. W przeszłości, aby uzyskać tak wydajne, dostrajalne ultrakrótkie impulsy, zazwyczaj wymagane były drogie i złożone lasery tytanowo-szafirowe lub optyczne wzmacniacze parametryczne. Urządzenia te były nie tylko kosztowne, nieporęczne i trudne w utrzymaniu, ale także ograniczone przez niskie częstotliwości powtarzania i zakresy dostrajania. Rozwiązanie całkowicie światłowodowe opracowane tym razem nie tylko znacznie upraszcza architekturę systemu, ale także znacznie obniża koszty i złożoność. Umożliwia ono bezpośrednią generację impulsów o mocy poniżej 20 femtosekund, dostrajalnych do 400 do 700 nanometrów i więcej przy wysokiej częstotliwości powtarzania 4,8 MHz. Zespół badawczy osiągnął ten przełom dzięki precyzyjnie zaprojektowanej architekturze systemu. Po pierwsze, wykorzystali oni całkowicie zachowujący polaryzację, blokowany modowo oscylator włókien iterbowych oparty na nieliniowym pierścieniowym zwierciadle wzmacniającym (NALM) jako źródło początkowe. Taka konstrukcja nie tylko zapewnia długoterminową stabilność systemu, ale także unika problemu degradacji fizycznych nasyconych absorberów. Po wstępnym wzmocnieniu i kompresji impulsów, impulsy początkowe są wprowadzane do etapu GMNA. GMNA wykorzystuje samodzielną modulację fazową i podłużny asymetryczny rozkład wzmocnienia w światłowodach, aby uzyskać poszerzenie widmowe i generować ultrakrótkie impulsy z niemal idealnym liniowym ćwierknięciem, które są ostatecznie kompresowane do poniżej 40 femtosekund przez pary kratowe. Podczas etapu generowania RDW, naukowcy wykorzystali samodzielnie zaprojektowane i wyprodukowane dziewięciorezonatorowe włókna antyrezonansowe z pustym rdzeniem. Ten rodzaj światłowodu ma wyjątkowo niskie straty w paśmie impulsów pompujących i obszarze światła widzialnego, co umożliwia wydajną konwersję energii z pompy do fali rozproszonej i unika zakłóceń spowodowanych przez pasmo rezonansowe o wysokiej stracie. W optymalnych warunkach energia impulsu fali dyspersyjnej wyjściowa systemu może osiągnąć 39 nanodżuli, najkrótsza szerokość impulsu może osiągnąć 13 femtosekund, moc szczytowa może wynosić nawet 2,2 megawatów, a sprawność konwersji energii może wynosić nawet 13%. Jeszcze bardziej ekscytujące jest to, że poprzez dostosowanie ciśnienia gazu i parametrów włókien, system można łatwo rozszerzyć na pasma ultrafioletowe i podczerwone, uzyskując szerokopasmowe dostrojenie od głębokiego ultrafioletu do podczerwieni.
Badania te nie tylko mają duże znaczenie w podstawowej dziedzinie fotoniki, ale także otwierają nową sytuację dla dziedzin przemysłowych i aplikacyjnych. Na przykład w takich dziedzinach jak obrazowanie mikroskopii wielofotonowej, ultrakrótka spektroskopia czasowo-rozdzielcza, obróbka materiałów, medycyna precyzyjna i ultrakrótka optyka nieliniowa, ten kompaktowy, wydajny i niedrogi nowy typ ultrakrótkiego źródła światła zapewni użytkownikom niespotykane dotąd narzędzia i elastyczność. Zwłaszcza w scenariuszach wymagających wysokich częstotliwości powtórzeń, mocy szczytowej i ultrakrótkich impulsów, technologia ta jest niewątpliwie bardziej konkurencyjna i ma większy potencjał promocyjny w porównaniu z tradycyjnymi tytanowo-szafirowymi lub optycznymi systemami parametrycznymi.
W przyszłości zespół badawczy planuje dalszą optymalizację systemu, np. integrację obecnej architektury zawierającej wiele komponentów optycznych wolnej przestrzeni z włóknami optycznymi, a nawet użycie pojedynczego oscylatora Mamyszewa w celu zastąpienia obecnej kombinacji oscylatora i wzmacniacza, aby osiągnąć miniaturyzację i integrację systemu. Ponadto, poprzez dostosowanie do różnych typów włókien antyrezonansowych, wprowadzenie aktywnych gazów Ramana i modułów podwajających częstotliwość, oczekuje się, że system ten zostanie rozszerzony do szerszego pasma, zapewniając w pełni światłowodowe, szerokopasmowe, ultraszybkie rozwiązania laserowe dla wielu dziedzin, takich jak ultrafiolet, światło widzialne i podczerwień.
Rysunek 1. Schematyczny diagram strojenia lasera impulsowego
Czas publikacji: 28-05-2025