20 ფემტოწამზე ნაკლები ხილული სინათლერეგულირებადი პულსური ლაზერული წყარო
ცოტა ხნის წინ, დიდი ბრიტანეთიდან ჩამოსულმა კვლევითმა ჯგუფმა გამოაქვეყნა ინოვაციური კვლევა, რომელშიც ნათქვამია, რომ მათ წარმატებით შეიმუშავეს 20 ფემტოწამზე ნაკლები სიმძლავრის მეგავატიანი რეგულირებადი ხილული სინათლის რეგულირებადი მოწყობილობა.პულსური ლაზერული წყაროეს პულსური ლაზერული წყარო, ულტრასწრაფიბოჭკოვანი ლაზერისისტემას შეუძლია გენერირება გაუკეთოს რეგულირებადი ტალღის სიგრძით, ულტრამოკლე ხანგრძლივობით, 39 ნანოჯოულამდე ენერგიით და 2 მეგავატზე მეტი პიკური სიმძლავრით იმპულსებს, რაც ხსნის სრულიად ახალ პერსპექტივებს ისეთი სფეროებისთვის, როგორიცაა ულტრასწრაფი სპექტროსკოპია, ბიოლოგიური ვიზუალიზაცია და სამრეწველო დამუშავება.
ამ ტექნოლოგიის მთავარი უპირატესობა ორი უახლესი მეთოდის კომბინაციაა: „გაძლიერების მართული არაწრფივი გამაძლიერებელი (GMNA)“ და „რეზონანსული დისპერსიული ტალღის (RDW) ემისია“. წარსულში, ასეთი მაღალი ხარისხის რეგულირებადი ულტრამოკლე იმპულსების მისაღებად, როგორც წესი, საჭირო იყო ძვირადღირებული და რთული ტიტან-საფირონის ლაზერები ან ოპტიკური პარამეტრული გამაძლიერებლები. ეს მოწყობილობები არა მხოლოდ ძვირი, მოცულობითი და რთული შესანარჩუნებელი იყო, არამედ შეზღუდული იყო დაბალი გამეორების სიხშირითა და რეგულირების დიაპაზონით. ამჯერად შემუშავებული მთლიანად ბოჭკოვანი გადაწყვეტა არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად ამარტივებს სისტემის არქიტექტურას, არამედ მნიშვნელოვნად ამცირებს ხარჯებსა და სირთულეს. ის საშუალებას იძლევა პირდაპირ გენერირდეს 20 ფემტოწამზე ნაკლები სიხშირის იმპულსები, რომლებიც რეგულირებადია 400-დან 700 ნანომეტრამდე და მეტ სიმძლავრის იმპულსებამდე 4.8 MHz მაღალი გამეორების სიხშირით. კვლევითმა ჯგუფმა ეს მიღწევა ზუსტად შექმნილი სისტემის არქიტექტურის საშუალებით მიაღწია. პირველ რიგში, მათ გამოიყენეს სრულად პოლარიზაციის შენარჩუნების რეჟიმით დაბლოკილი იტერბიუმის ბოჭკოვანი ოსცილატორი, რომელიც დაფუძნებულია არაწრფივი გამაძლიერებელი რგოლის სარკეზე (NALM), როგორც საწყისი წყარო. ეს დიზაინი არა მხოლოდ უზრუნველყოფს სისტემის გრძელვადიან სტაბილურობას, არამედ თავიდან აგვაცილებს ფიზიკური გაჯერებული შთამნთქმელების დეგრადაციის პრობლემას. წინასწარი გაძლიერებისა და იმპულსების შეკუმშვის შემდეგ, საწყისი იმპულსები შეჰყავთ GMNA ეტაპზე. GMNA იყენებს თვითფაზურ მოდულაციას და გრძივი ასიმეტრიული გაძლიერების განაწილებას ოპტიკურ ბოჭკოებში სპექტრული გაფართოების მისაღწევად და ულტრამოკლე იმპულსების გენერირებისთვის თითქმის სრულყოფილი წრფივი ჭიკჭიკით, რომლებიც საბოლოოდ შეკუმშულია 40 ფემტოწამზე ნაკლებ დრომდე ბადისებრი წყვილების მეშვეობით. RDW გენერირების ეტაპზე მკვლევარებმა გამოიყენეს თვითშემუშავებული და წარმოებული ცხრარეზონანსული ანტირეზონანსული ღრუბირთვიანი ბოჭკოები. ამ ტიპის ოპტიკურ ბოჭკოს აქვს უკიდურესად დაბალი დანაკარგები ტუმბოს იმპულსების ზოლსა და ხილული სინათლის რეგიონში, რაც საშუალებას იძლევა ენერგიის ეფექტურად გარდაიქმნას ტუმბოდან გაფანტულ ტალღაში და თავიდან აიცილოს მაღალი დანაკარგის რეზონანსული ზოლით გამოწვეული ჩარევა. ოპტიმალურ პირობებში, სისტემის მიერ გამომუშავებული დისპერსიული ტალღის იმპულსის ენერგიის რაოდენობამ შეიძლება 39 ნანოჯოულს მიაღწიოს, უმოკლესი იმპულსის სიგანემ - 13 ფემტოწამს, პიკური სიმძლავრე - 2.2 მეგავატს, ხოლო ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობა - 13%-ს. კიდევ უფრო საინტერესო ის არის, რომ გაზის წნევის და ბოჭკოვანი პარამეტრების რეგულირებით, სისტემა ადვილად შეიძლება გაფართოვდეს ულტრაიისფერ და ინფრაწითელ დიაპაზონებში, რაც უზრუნველყოფს ფართოზოლოვან რეგულირებას ღრმა ულტრაიისფერი დიაპაზონიდან ინფრაწითელ დიაპაზონში.
ამ კვლევას არა მხოლოდ ფოტონიკის ფუნდამენტურ სფეროში დიდი მნიშვნელობა აქვს, არამედ ახალ პირობებს ქმნის სამრეწველო და გამოყენებითი სფეროებისთვის. მაგალითად, ისეთ სფეროებში, როგორიცაა მრავალფოტონიანი მიკროსკოპიული გამოსახულება, ულტრასწრაფი დროში გარჩევადობის სპექტროსკოპია, მასალების დამუშავება, ზუსტი მედიცინა და ულტრასწრაფი არაწრფივი ოპტიკის კვლევა, ეს კომპაქტური, ეფექტური და დაბალი ღირებულების ახალი ტიპის ულტრასწრაფი სინათლის წყარო მომხმარებლებს უპრეცედენტო ხელსაწყოებსა და მოქნილობას შესთავაზებს. განსაკუთრებით იმ სცენარებში, რომლებიც მოითხოვს მაღალი გამეორების სიხშირეს, პიკურ სიმძლავრეს და ულტრამოკლე იმპულსებს, ეს ტექნოლოგია უდავოდ უფრო კონკურენტუნარიანია და უფრო დიდი პოპულარიზაციის პოტენციალი აქვს ტრადიციულ ტიტან-საფირონის ან ოპტიკურ პარამეტრულ გამაძლიერებელ სისტემებთან შედარებით.
მომავალში, კვლევითი ჯგუფი გეგმავს სისტემის შემდგომ ოპტიმიზაციას, მაგალითად, არსებული არქიტექტურის ოპტიკურ ბოჭკოებში ინტეგრირებას, რომელიც შეიცავს მრავალ თავისუფალ სივრცეში არსებულ ოპტიკურ კომპონენტს, ან თუნდაც ერთი მამიშევის ოსცილატორის გამოყენებას მიმდინარე ოსცილატორისა და გამაძლიერებლის კომბინაციის ჩასანაცვლებლად, სისტემის მინიატურიზაციისა და ინტეგრაციის მისაღწევად. გარდა ამისა, სხვადასხვა ტიპის ანტირეზონანსულ ბოჭკოებთან ადაპტაციით, რამანის აქტიური აირებისა და სიხშირის გაორმაგების მოდულების დანერგვით, მოსალოდნელია, რომ ეს სისტემა გაფართოვდება უფრო ფართო დიაპაზონში, რაც უზრუნველყოფს სრულად ბოჭკოვან, ფართოზოლოვან, ულტრასწრაფ ლაზერულ გადაწყვეტილებებს მრავალი სფეროსთვის, როგორიცაა ულტრაიისფერი, ხილული სინათლე და ინფრაწითელი.
სურათი 1. იმპულსური ლაზერის რეგულირების სქემატური დიაგრამა
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 28 მაისი