Импулсен лазер с ултрависока честота на повторение
В микроскопичния свят на взаимодействието между светлина и материя, импулсите с ултрависока честота на повторение (UHRP) действат като прецизни владетели на времето – те осцилират повече от милиард пъти в секунда (1 GHz), улавяйки молекулярните отпечатъци на раковите клетки в спектралното изобразяване, пренасяйки огромни количества данни в оптичната комуникация и калибрирайки координатите на дължината на вълната на звездите в телескопите. Особено в скока на измерението за откриване на лидара, терагерцовите импулсни лазери с ултрависока честота на повторение (100-300 GHz) се превръщат в мощни инструменти за проникване в интерферентния слой, преоформяйки границите на триизмерното възприятие с пространствено-времевата манипулационна мощност на фотонно ниво. В момента използването на изкуствени микроструктури, като микропръстенови кухини, които изискват наномащабна точност на обработка за генериране на четиривълново смесване (FWM), е един от основните методи за получаване на оптични импулси с ултрависока честота на повторение. Учените се фокусират върху решаването на инженерните проблеми при обработката на ултрафини структури, проблема с настройката на честотата по време на инициирането на импулса и проблема с ефективността на преобразуване след генериране на импулс. Друг подход е използването на силно нелинейни влакна и оползотворяване на ефекта на модулационна нестабилност или FWM ефекта в лазерната резонаторна част за възбуждане на UHRP. Засега все още се нуждаем от по-сръчен „оформител на времето“.
Процесът на генериране на UHRP чрез инжектиране на ултрабързи импулси за възбуждане на дисипативния FWM ефект се описва като „ултрабързо запалване“. За разлика от гореспоменатата схема с изкуствен микропръстенови кухини, която изисква непрекъснато напомпване, прецизно регулиране на разстройката за контрол на генерирането на импулси и използване на силно нелинейни среди за понижаване на прага на FWM, това „запалване“ разчита на характеристиките на пиковата мощност на ултрабързите импулси, за да възбуди директно FWM и след „изключване на запалването“ да постигне самоподдържащо се UHRP.
Фигура 1 илюстрира основния механизъм за постигане на самоорганизация на импулсите, базиран на ултрабързо възбуждане на начални импулси на дисипативни кухини от влакнести пръстени. Външно инжектираният ултракъс начален импулс (период T0, честота на повторение F) служи като „източник на запалване“ за възбуждане на импулсно поле с висока мощност в дисипативната кухина. Вътреклетъчният модул за усилване работи в синергия със спектралния оформител, за да преобразува енергията на началния импулс в гребеновиден спектрален отклик чрез съвместно регулиране във времево-честотната област. Този процес преодолява ограниченията на традиционното непрекъснато напомпване: началният импулс се изключва, когато достигне прага на FWM на дисипация, а дисипативната кухина поддържа самоорганизиращото се състояние на импулса чрез динамичния баланс на усилване и загуба, като честотата на повторение на импулсите е Fs (съответстваща на присъщата честота FF и периода T на кухината).
Това проучване също така проведе теоретична проверка. Въз основа на параметрите, приети в експерименталната установка и с 1psултрабърз импулсен лазерКато начално поле е проведено числено симулиране на процеса на еволюция на времевата област и честотата на импулса в лазерната кухина. Установено е, че импулсът преминава през три етапа: разделяне на импулса, периодично трептене на импулса и равномерно разпределение на импулса в цялата лазерна кухина. Този числен резултат също така напълно потвърждава самоорганизиращите се характеристики наимпулсен лазер.
Чрез задействане на ефекта на четиривълново смесване в дисипативната кухина на влакнестия пръстен чрез ултрабързо запалване на импулси от семена, успешно е постигнато самоорганизиращо се генериране и поддържане на импулси с ултрависока честота на повторение под-THZ (стабилен изход от 0,5 W мощност след изключване на семената), осигурявайки нов тип източник на светлина за лидарното поле: Неговата пречестота под-THZ ниво може да подобри разделителната способност на облачните точки до милиметрово ниво. Функцията за самоподдържане на импулсите значително намалява консумацията на енергия на системата. Структурата, изцяло изградена от влакна, осигурява висока стабилност на работата в безопасната за окото лента от 1,5 μm. С поглед към бъдещето, се очаква тази технология да стимулира еволюцията на монтираните на превозни средства лидари към миниатюризация (базирана на MZI микрофилтри) и откриване на дълги разстояния (разширяване на мощността до > 1 W), и допълнително да се адаптира към изискванията за възприятие на сложни среди чрез координирано запалване с множество дължини на вълната и интелигентно регулиране.
Време на публикуване: 08 юли 2025 г.