Видима светлина под 20 фемтосекундинастройваем импулсен лазерен източник
Наскоро изследователски екип от Обединеното кралство публикува иновативно проучване, в което обявява, че успешно са разработили настройваема видима светлина с мощност под 20 фемтосекунди и мегаватово ниво.импулсен лазерен източникТози импулсен лазерен източник, ултрабързфибърен лазерСистемата е способна да генерира импулси с регулируеми дължини на вълните, ултракъси продължителности, енергии до 39 наноджаула и пикова мощност над 2 мегавата, което открива съвсем нови перспективи за приложение в области като ултрабърза спектроскопия, биологично изобразяване и промишлена обработка.
Основният акцент на тази технология се крие в комбинацията от два авангардни метода: „Нелинейно усилване с управление на усилването (GMNA)“ и „Резонансно дисперсионно излъчване на вълни (RDW)“. В миналото, за да се получат такива високопроизводителни настройваеми ултракъси импулси, обикновено са били необходими скъпи и сложни титаниево-сафирни лазери или оптични параметрични усилватели. Тези устройства са били не само скъпи, обемисти и трудни за поддръжка, но и ограничени от ниските честоти на повторение и диапазони на настройка. Разработеното този път изцяло оптично решение не само значително опростява архитектурата на системата, но и значително намалява разходите и сложността. То позволява директно генериране на импулси с висока мощност под 20 фемтосекунди, настройваеми до 400 до 700 нанометра и повече, при висока честота на повторение от 4,8 MHz. Изследователският екип постигна този пробив чрез прецизно проектирана системна архитектура. Първо, те използваха напълно запазващ поляризацията итербиев оптичен осцилатор, базиран на нелинейно усилващо пръстеновидно огледало (NALM) като източник на семена. Този дизайн не само осигурява дългосрочна стабилност на системата, но и избягва проблема с деградацията на физически наситените абсорбатори. След предварително усилване и компресия на импулсите, началните импулси се въвеждат в етапа на GMNA. GMNA използва самофазова модулация и надлъжно асиметрично разпределение на усилването в оптичните влакна, за да постигне спектрално разширяване и да генерира ултракъси импулси с почти перфектен линеен чирп, които в крайна сметка се компресират до под 40 фемтосекунди чрез решетъчни двойки. По време на етапа на генериране на RDW, изследователите използваха самостоятелно проектирани и произведени деветрезонаторни антирезонансни кухи влакна. Този вид оптично влакно има изключително ниски загуби в лентата на помпените импулси и областта на видимата светлина, което позволява енергията да се преобразува ефективно от помпената към разпръсната вълна и да се избягват смущенията, причинени от резонансната лента с големи загуби. При оптимални условия, енергията на импулсите на дисперсионна вълна, излъчена от системата, може да достигне 39 наноджаула, най-късата ширина на импулса може да достигне 13 фемтосекунди, пиковата мощност може да достигне 2,2 мегавата, а ефективността на преобразуване на енергия може да достигне 13%. Още по-вълнуващо е, че чрез регулиране на налягането на газа и параметрите на влакното, системата може лесно да бъде разширена до ултравиолетовите и инфрачервените ленти, постигайки широколентова настройка от дълбок ултравиолетов до инфрачервен спектър.
Това изследване не само е от съществено значение във фундаменталната област на фотониката, но и открива нови възможности за индустриалните и приложните области. Например, в области като многофотонна микроскопия, ултрабърза спектроскопия с времева резолюция, обработка на материали, прецизна медицина и ултрабързи нелинейни оптични изследвания, този компактен, ефикасен и евтин нов тип ултрабърз източник на светлина ще предостави на потребителите безпрецедентни инструменти и гъвкавост. Особено в сценарии, които изискват високи честоти на повторение, пикова мощност и ултракъси импулси, тази технология е несъмнено по-конкурентна и има по-голям потенциал за популяризиране в сравнение с традиционните титаниево-сапфирени или оптични параметрични усилвателни системи.
В бъдеще изследователският екип планира да оптимизира допълнително системата, като например интегриране на настоящата архитектура, която съдържа множество оптични компоненти в свободно пространство, в оптични влакна или дори използване на един-единствен осцилатор на Мамишев, който да замени настоящата комбинация от осцилатор и усилвател, за да се постигне миниатюризация и интеграция на системата. Освен това, чрез адаптиране към различни видове антирезонансни влакна, въвеждане на активни газове на Раман и модули за удвояване на честотата, се очаква тази система да бъде разширена до по-широка честотна лента, осигурявайки изцяло оптични, широколентови, ултрабързи лазерни решения за множество области като ултравиолетова, видима светлина и инфрачервена светлина.
Фигура 1. Схематична диаграма на настройката на импулсния лазер
Време на публикуване: 28 май 2025 г.