Пулсни ласер са ултра високом фреквенцијом понављања
У микроскопском свету интеракције између светлости и материје, импулси ултра високе брзине понављања (UHRP) делују као прецизни владари времена – осцилују више од милијарду пута у секунди (1 GHz), хватајући молекуларне отиске ћелија рака у спектралном снимању, носећи огромне количине података у комуникацији оптичким влакнима и калибришући координате таласних дужина звезда у телескопима. Посебно у скоку димензије детекције лидара, терахерцни импулсни ласери ултра високе брзине понављања (100-300 GHz) постају моћни алати за продирање кроз слој интерференције, преобликовање граница тродимензионалне перцепције просторно-временском снагом манипулације на нивоу фотона. Тренутно, коришћење вештачких микроструктура, као што су микро-прстенасте шупљине које захтевају наноскалну тачност обраде за генерисање четвороталасног мешања (FWM), једна је од главних метода за добијање оптичких импулса ултра високе брзине понављања. Научници се фокусирају на решавање инжењерских проблема у обради ултрафинских структура, проблема подешавања фреквенције током иницијације импулса и проблема ефикасности конверзије након генерисања импулса. Други приступ је коришћење високо нелинеарних влакана и коришћење ефекта модулационе нестабилности или FWM ефекта унутар ласерске шупљине за побуђивање UHRP-ова. За сада нам је и даље потребан спретнији „обликовач времена“.
Процес генерисања UHRP-а убризгавањем ултрабрзих импулса ради побуђивања дисипативног FWM ефекта описан је као „ултрабрзо паљење“. За разлику од горе поменуте шеме вештачке микропрстенасте шупљине која захтева континуирано пумпање, прецизно подешавање растимовања ради контроле генерисања импулса и коришћење високо нелинеарних медија за снижавање FWM прага, ово „паљење“ се ослања на карактеристике вршне снаге ултрабрзих импулса за директно побуђивање FWM-а, а након „искључивања паљења“, постиже се самоодржив UHRP.
Слика 1 илуструје основни механизам постизања самоорганизације импулса на основу ултрабрзог импулса семена побуђивања дисипативних шупљина прстенастих влакана. Споља убризгани ултракратки импулс семена (период T0, фреквенција понављања F) служи као „извор паљења“ за побуђивање импулсног поља велике снаге унутар дисипативне шупљине. Интрацелуларни модул појачања ради у синергији са спектралним обликовачем како би претворио енергију импулса семена у спектрални одзив у облику чешља кроз заједничку регулацију у временски-фреквентном домену. Овај процес пробија ограничења традиционалног континуираног пумпања: импулс семена се искључује када достигне праг FWM дисипације, а дисипативна шупљина одржава самоорганизујуће стање импулса кроз динамичку равнотежу појачања и губитка, при чему је фреквенција понављања импулса Fs (што одговара сопственој фреквенцији FF и периоду T шупљине).
Ова студија је такође спровела теоријску верификацију. На основу параметара усвојених у експерименталној поставци и са 1psултрабрзи импулсни ласерКао почетно поље, спроведена је нумеричка симулација процеса еволуције временског домена и фреквенције импулса унутар ласерске шупљине. Утврђено је да је импулс прошао кроз три фазе: раздвајање импулса, периодично осциловање импулса и равномерна расподела импулса по целој ласерској шупљини. Овај нумерички резултат такође у потпуности потврђује самоорганизујуће карактеристикепулсни ласер.
Покретањем ефекта мешања четири таласа унутар дисипативне шупљине прстена влакана путем ултрабрзог паљења импулса семена, успешно је постигнуто самоорганизујуће генерисање и одржавање импулса ултра високе фреквенције понављања испод ТХЗ (стабилан излаз снаге од 0,5 В након искључивања семена), обезбеђујући нови тип извора светлости за лидарско поље: Његова рефреквенција испод ТХЗ нивоа може побољшати резолуцију облака тачака до милиметарског нивоа. Функција самоодржавања импулса значајно смањује потрошњу енергије система. Структура која се састоји искључиво од влакана обезбеђује високу стабилност рада у безбедносном опсегу за око од 1,5 μм. Гледајући у будућност, очекује се да ће ова технологија покренути еволуцију лидара монтираног на возила ка минијатуризацији (на основу MZI микрофилтера) и детекцији на великим даљинама (проширење снаге на > 1 В), и даље се прилагодити захтевима перцепције сложених окружења путем координисаног паљења на више таласних дужина и интелигентне регулације.
Време објаве: 08.07.2025.