Synlig lys under 20 femtosekunderavstemmbar pulserende laserkilde
Nylig publiserte et forskerteam fra Storbritannia en innovativ studie, der de kunngjorde at de har utviklet et avstembart synlig lys på under 20 femtosekunders megawattnivå.pulserende laserkildeDenne pulserende laserkilden, ultrahurtigfiberlaserSystemet er i stand til å generere pulser med avstembare bølgelengder, ultrakort varighet, energier så høye som 39 nanojoule og en toppeffekt på over 2 megawatt, noe som åpner for helt nye bruksmuligheter for felt som ultrahurtigspektroskopi, biologisk avbildning og industriell prosessering.
Kjernehøydepunktet ved denne teknologien ligger i kombinasjonen av to banebrytende metoder: «Gain-Managed nonlinear Amplification (GMNA)» og «Resonant Dispersive Wave (RDW) emission». Tidligere var det vanligvis nødvendig med dyre og komplekse titan-safirlasere eller optiske parametriske forsterkere for å oppnå slike høytytende, avstemmbare ultrakorte pulser. Disse enhetene var ikke bare kostbare, klumpete og vanskelige å vedlikeholde, men også begrenset av lave repetisjonsrater og avstemningsområder. Helfiberløsningen som ble utviklet denne gangen, forenkler ikke bare systemarkitekturen betydelig, men reduserer også kostnader og kompleksitet betraktelig. Den muliggjør direkte generering av høyeffektpulser på under 20 femtosekunder, avstemmbare til 400 til 700 nanometer og utover, ved en høy repetisjonsfrekvens på 4,8 MHz. Forskningsteamet oppnådde dette gjennombruddet gjennom en presist designet systemarkitektur. For det første benyttet de en fullstendig polarisasjonsbevarende moduslåst ytterbiumfiberoscillator basert på ikke-lineært forsterkningsringspeil (NALM) som såkilde. Denne designen sikrer ikke bare systemets langsiktige stabilitet, men unngår også degraderingsproblemet med fysisk mettede absorbere. Etter forforsterkning og pulskompresjon introduseres såkornpulsene i GMNA-trinnet. GMNA benytter selvfasemodulasjon og longitudinell asymmetrisk forsterkningsfordeling i optiske fibre for å oppnå spektral utvidelse og generere ultrakorte pulser med nesten perfekt lineær chirp, som til slutt komprimeres til under 40 femtosekunder gjennom gitterpar. I RDW-genereringstrinnet brukte forskere egendesignede og produserte ni-resonator antiresonans hulkjernefibre. Denne typen optisk fiber har ekstremt lavt tap i pumpepulsbåndet og det synlige lysområdet, noe som gjør at energien effektivt kan konverteres fra pumpebølgen til den spredte bølgen og unngå interferens forårsaket av resonansbåndet med høyt tap. Under optimale forhold kan dispersjonsbølgepulsenergien som systemet produserer nå 39 nanojoule, den korteste pulsbredden kan nå 13 femtosekunder, toppeffekten kan være så høy som 2,2 megawatt, og energiomformingseffektiviteten kan være så høy som 13 %. Enda mer spennende er at ved å justere gasstrykket og fiberparametrene, kan systemet enkelt utvides til ultrafiolette og infrarøde bånd, og oppnå bredbåndsinnstilling fra dyp ultrafiolett til infrarød.
Denne forskningen har ikke bare betydelig betydning innen det grunnleggende feltet fotonikk, men åpner også opp en ny situasjon for industri- og applikasjonsfeltene. For eksempel, innen felt som multifotonmikroskopiavbildning, ultrahurtig tidsoppløst spektroskopi, materialbehandling, presisjonsmedisin og ultrahurtig ikke-lineær optikkforskning, vil denne kompakte, effektive og rimelige nye typen ultrahurtig lyskilde gi brukerne enestående verktøy og fleksibilitet. Spesielt i scenarier som krever høye repetisjonsrater, toppeffekt og ultrakorte pulser, er denne teknologien utvilsomt mer konkurransedyktig og har større markedsføringspotensial sammenlignet med tradisjonelle titan-safir- eller optiske parametriske forsterkningssystemer.
I fremtiden planlegger forskerteamet å optimalisere systemet ytterligere, for eksempel ved å integrere den nåværende arkitekturen som inneholder flere optiske komponenter i fritt rom i optiske fibre, eller til og med bruke en enkelt Mamyshev-oscillator for å erstatte den nåværende oscillator- og forsterkerkombinasjonen, for å oppnå miniatyrisering og integrering av systemet. I tillegg, ved å tilpasse seg forskjellige typer antiresonansfibre, introdusere Raman-aktive gasser og frekvensdoblingsmoduler, forventes dette systemet å bli utvidet til et bredere bånd, og gi helfiber, bredbåndede, ultrahurtige laserløsninger for flere felt som ultrafiolett, synlig lys og infrarødt.
Figur 1. Skjematisk diagram av innstillingen av den pulserte laseren
Publiseringstid: 28. mai 2025