Видљива светлост испод 20 фемтосекундиподесиви импулсни ласерски извор
Недавно је истраживачки тим из Велике Британије објавио иновативну студију, објављујући да су успешно развили подесиви видљиви светлосни систем снаге мегавата, снаге испод 20 фемтосекунди.импулсни ласерски изворОвај импулсни ласерски извор, ултрабрзивлакнасти ласерСистем је способан да генерише импулсе са подесивим таласним дужинама, ултракратким трајањем, енергијама до 39 наноџула и вршном снагом већом од 2 мегавата, отварајући потпуно нове могућности примене за области као што су ултрабрза спектроскопија, биолошко снимање и индустријска обрада.
Главни врхунац ове технологије лежи у комбинацији две најсавременије методе: „Нелинеарно појачавање са управљањем појачањем (GMNA)“ и „Емисија резонантних дисперзивних таласа (RDW)“. У прошлости, да би се добили такви високо ефикасни подесиви ултракратки импулси, обично су били потребни скупи и сложени титанијум-сафирни ласери или оптички параметарски појачавачи. Ови уређаји нису били само скупи, гломазни и тешки за одржавање, већ су били ограничени и ниским брзинама понављања и опсезима подешавања. Решење које се састоји искључиво од влакана, развијено овог пута, не само да значајно поједностављује архитектуру система, већ и значајно смањује трошкове и сложеност. Омогућава директно генерисање импулса велике снаге испод 20 фемтосекунди, подесивих на 400 до 700 нанометара и више, на високој фреквенцији понављања од 4,8 MHz. Истраживачки тим је постигао овај пробој захваљујући прецизно дизајнираној архитектури система. Прво, користили су потпуно поларизациони осцилатор са влакнима итербијума, закључан по моду, заснован на нелинеарном огледалу прстенастог појачавања (NALM) као извор семена. Овај дизајн не само да обезбеђује дугорочну стабилност система, већ и избегава проблем деградације физички засићених апсорбера. Након претпојачавања и компресије импулса, почетни импулси се уводе у GMNA фазу. GMNA користи самофазну модулацију и лонгитудиналну асиметричну расподелу појачања у оптичким влакнима како би постигла спектрално проширење и генерисала ултракратке импулсе са скоро савршеним линеарним цвркутом, који се на крају компресују на мање од 40 фемтосекунди кроз парове решетки. Током фазе генерисања RDW-а, истраживачи су користили самопројектована и произведена антирезонантна влакна са шупљим језгром са девет резонатора. Ова врста оптичког влакна има изузетно мале губитке у опсегу импулса пумпе и области видљиве светлости, омогућавајући ефикасно претварање енергије из пумпе у дисперговани талас и избегавајући сметње изазване резонантним опсегом са великим губицима. Под оптималним условима, енергија импулса дисперзионог таласа коју систем емитује може достићи 39 наноџула, најкраћа ширина импулса може достићи 13 фемтосекунди, вршна снага може бити и до 2,2 мегавата, а ефикасност конверзије енергије може бити и до 13%. Још узбудљивије је то што се подешавањем притиска гаса и параметара влакана систем може лако проширити на ултраљубичасте и инфрацрвене опсеге, постижући широкопојасно подешавање од дубоког ултраљубичастог до инфрацрвеног зрачења.
Ово истраживање не само да има значајан значај у фундаменталној области фотонике, већ отвара и нову ситуацију за индустријске и примењене области. На пример, у областима као што су снимање вишефотонском микроскопијом, ултрабрза временски разрешена спектроскопија, обрада материјала, прецизна медицина и истраживање ултрабрзе нелинеарне оптике, овај компактан, ефикасан и јефтин нови тип ултрабрзог извора светлости пружиће корисницима невиђене алате и флексибилност. Посебно у сценаријима који захтевају високе брзине понављања, вршну снагу и ултракратке импулсе, ова технологија је несумњиво конкурентнија и има већи потенцијал за промоцију у поређењу са традиционалним титанијум-сафирним или оптичким параметричким системима за појачавање.
У будућности, истраживачки тим планира даљу оптимизацију система, као што је интегрисање тренутне архитектуре која садржи више оптичких компоненти у слободном простору у оптичка влакна, или чак коришћење једног Мамишевљевог осцилатора који би заменио тренутну комбинацију осцилатора и појачала, како би се постигла минијатуризација и интеграција система. Поред тога, прилагођавањем различитим типовима антирезонантних влакана, увођењем Раманових активних гасова и модула за удвостручавање фреквенције, очекује се да ће се овај систем проширити на шири опсег, пружајући потпуно оптичка, широкопојасна, ултрабрза ласерска решења за више области као што су ултраљубичасто, видљиво светло и инфрацрвено зрачење.
Слика 1. Шематски дијаграм подешавања импулсног ласера
Време објаве: 28. мај 2025.