Sigbare lig onder 20 femtosekondesafstembare gepulseerde laserbron
Onlangs het 'n navorsingspan van die Verenigde Koninkryk 'n innoverende studie gepubliseer waarin hulle aangekondig het dat hulle suksesvol 'n afstembare megawatt-vlak sub-20 femtosekonde sigbare lig ontwikkel het.gepulseerde laserbronHierdie gepulseerde laserbron, ultrasnellevesellaserDie stelsel is in staat om pulse met instelbare golflengtes, ultrakort duur, energieë so hoog as 39 nanojoules en piekvermoë van meer as 2 megawatt te genereer, wat splinternuwe toepassingsvooruitsigte oopmaak vir velde soos ultrasnelle spektroskopie, biologiese beeldvorming en industriële verwerking.
Die kernhoogtepunt van hierdie tegnologie lê in die kombinasie van twee baanbrekende metodes: "Gain-Managed nonlinear Amplification (GMNA)" en "Resonant Dispersive Wave (RDW) emission". In die verlede was duur en komplekse titanium-saffierlasers of optiese parametriese versterkers gewoonlik nodig om sulke hoëprestasie-instelbare ultrakortpulse te verkry. Hierdie toestelle was nie net duur, lywig en moeilik om te onderhou nie, maar ook beperk deur lae herhalingstempo's en instelbereike. Die volledig vesel-oplossing wat hierdie keer ontwikkel is, vereenvoudig nie net die stelselargitektuur aansienlik nie, maar verminder ook koste en kompleksiteit aansienlik. Dit maak die direkte opwekking van sub-20 femtosekondes moontlik, instelbaar tot 400 tot 700 nanometer en verder hoë-kragpulse teen 'n hoë herhalingsfrekwensie van 4.8 MHz. Die navorsingspan het hierdie deurbraak behaal deur 'n presies ontwerpte stelselargitektuur. Eerstens het hulle 'n volledig polarisasie-behoudende modus-geslote ytterbiumvesel-ossillator gebaseer op nie-lineêre versterkingsring-spieël (NALM) as die saadbron gebruik. Hierdie ontwerp verseker nie net die langtermyn stabiliteit van die stelsel nie, maar vermy ook die degradasieprobleem van fisiese versadigde absorbeerders. Na voorversterking en pulskompressie word die saadpulse in die GMNA-stadium ingebring. GMNA gebruik selffasemodulasie en longitudinale asimmetriese versterkingsverspreiding in optiese vesels om spektrale verbreding te bereik en ultrakort pulse met byna perfekte lineêre tjirp te genereer, wat uiteindelik tot sub-40 femtosekondes saamgepers word deur roosterpare. Tydens die RDW-genereringsstadium het navorsers selfontwerpte en vervaardigde nege-resonator anti-resonansie holkernvesels gebruik. Hierdie soort optiese vesel het uiters lae verlies in die pomppulsband en die sigbare liggebied, wat die energie doeltreffend van die pomp na die verspreide golf omgeskakel kan word en die interferensie wat deur die hoëverlies-resonante band veroorsaak word, vermy word. Onder optimale toestande kan die dispersiegolfpulsenergie wat deur die stelsel uitgebring word, 39 nanojoules bereik, die kortste pulswydte kan 13 femtosekondes bereik, die piekvermoë kan so hoog as 2.2 megawatt wees, en die energie-omskakelingsdoeltreffendheid kan so hoog as 13% wees. Nog meer opwindend is dat deur die gasdruk en veselparameters aan te pas, die stelsel maklik na die ultraviolet- en infrarooibande uitgebrei kan word, wat wyeband-afstemming van diep ultraviolet tot infrarooi bereik.
Hierdie navorsing hou nie net beduidende belang in die fundamentele veld van fotonika nie, maar skep ook 'n nuwe situasie vir die industriële en toepassingsvelde. Byvoorbeeld, in velde soos multi-foton mikroskopie beeldvorming, ultrasnelle tydopgeloste spektroskopie, materiaalverwerking, presisie medisyne en ultrasnelle nie-lineêre optika navorsing, sal hierdie kompakte, doeltreffende en lae-koste nuwe tipe ultrasnelle ligbron gebruikers van ongekende gereedskap en buigsaamheid voorsien. Veral in scenario's wat hoë herhalingstempo's, piekkrag en ultrakort pulse vereis, is hierdie tegnologie ongetwyfeld meer mededingend en het dit groter promosiepotensiaal in vergelyking met tradisionele titanium-saffier of optiese parametriese versterkingstelsels.
In die toekoms beplan die navorsingspan om die stelsel verder te optimaliseer, soos om die huidige argitektuur wat verskeie vryeruimte-optiese komponente bevat, in optiese vesels te integreer, of selfs 'n enkele Mamyshev-ossillator te gebruik om die huidige ossillator- en versterkerkombinasie te vervang, om die miniaturisering en integrasie van die stelsel te bewerkstellig. Boonop, deur aan te pas by verskillende tipes anti-resonansievesels, Raman-aktiewe gasse en frekwensieverdubbelingsmodules in te voer, word verwag dat hierdie stelsel na 'n wyer band uitgebrei sal word, wat vesel-, wyeband-, ultrasnelle laseroplossings vir verskeie velde soos ultraviolet, sigbare lig en infrarooi sal bied.
Figuur 1. Skematiese diagram van die afstemming van die gepulseerde laser
Plasingstyd: 28 Mei 2025