ულტრამაღალი გამეორების სიხშირის პულსირებული ლაზერი

ულტრამაღალი გამეორების სიხშირის პულსირებული ლაზერი

სინათლესა და მატერიას შორის ურთიერთქმედების მიკროსკოპულ სამყაროში, ულტრამაღალი გამეორების სიჩქარის იმპულსები (UHRP) დროის ზუსტი საზომების როლს ასრულებენ - ისინი წამში მილიარდჯერ მეტჯერ ირხევიან (1 გჰც), სპექტრულ გამოსახულებაში კიბოს უჯრედების მოლეკულურ ანაბეჭდებს იჭერენ, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციით მონაცემების დიდ რაოდენობას ატარებენ და ტელესკოპებში ვარსკვლავების ტალღის სიგრძის კოორდინატების კალიბრაციას ახდენენ. განსაკუთრებით ლიდარის აღმოჩენის განზომილების ნახტომში, ტერაჰერცული ულტრამაღალი გამეორების სიჩქარის იმპულსური ლაზერები (100-300 გჰც) ძლიერ ინსტრუმენტებად იქცევა ინტერფერენციის ფენაში შეღწევისთვის, სამგანზომილებიანი აღქმის საზღვრების გადაკეთებით ფოტონის დონეზე სივრცულ-დროითი მანიპულირების ძალით. ამჟამად, ხელოვნური მიკროსტრუქტურების, როგორიცაა მიკრორგოლური ღრუების გამოყენება, რომლებიც ოთხტალღოვანი შერევის (FWM) გენერირებისთვის ნანომასშტაბიან დამუშავების სიზუსტეს მოითხოვს, ულტრამაღალი გამეორების სიჩქარის ოპტიკური იმპულსების მიღების ერთ-ერთი მთავარი მეთოდია. მეცნიერები ყურადღებას ამახვილებენ ულტრაწვრილი სტრუქტურების დამუშავების საინჟინრო პრობლემების გადაჭრაზე, იმპულსის ინიციაციის დროს სიხშირის რეგულირების პრობლემაზე და იმპულსის გენერირების შემდეგ გარდაქმნის ეფექტურობის პრობლემაზე. კიდევ ერთი მიდგომაა მაღალი არაწრფივი ბოჭკოების გამოყენება და ლაზერული ღრუს შიგნით მოდულაციის არასტაბილურობის ეფექტის ან FWM ეფექტის გამოყენება UHRP-ების აღსაგზნებლად. ჯერჯერობით, ჩვენ ჯერ კიდევ გვჭირდება უფრო მოხერხებული „დროის ფორმირების“ მექანიზმი.

დისიპაციური FWM ეფექტის აღსაგზნებლად ულტრასწრაფი იმპულსების ინექციით UHRP-ის გენერირების პროცესი აღწერილია, როგორც „ულტრასწრაფი აალება“. ზემოხსენებული ხელოვნური მიკრორგოლური ღრუს სქემისგან განსხვავებით, რომელიც მოითხოვს უწყვეტ ტუმბოს, იმპულსების გენერაციის კონტროლისთვის დეტუნინგის ზუსტ რეგულირებას და FWM ზღურბლის შესამცირებლად მაღალარაწრფივი გარემოს გამოყენებას, ეს „აალება“ ეყრდნობა ულტრასწრაფი იმპულსების პიკური სიმძლავრის მახასიათებლებს FWM-ის პირდაპირი აღგზნებისთვის და „ანთების გამორთვის“ შემდეგ თვითშენარჩუნებადი UHRP-ის მისაღწევად.

სურათი 1 ასახავს იმპულსის თვითორგანიზების მიღწევის ძირითად მექანიზმს, რომელიც დაფუძნებულია დისიპაციური ბოჭკოვანი რგოლური ღრუების ულტრასწრაფი საწყისი იმპულსით აგზნებაზე. გარედან შეყვანილი ულტრამოკლე საწყისი იმპულსი (პერიოდი T0, გამეორების სიხშირე F) ემსახურება როგორც „ანთების წყაროს“, რათა აგზნოს მაღალი სიმძლავრის იმპულსური ველი დისიპაციურ ღრუში. უჯრედშიდა გაძლიერების მოდული სინერგიულად მუშაობს სპექტრულ ფორმირების მექანიზმთან, რათა საწყისი იმპულსის ენერგია გარდაქმნას სავარცხლის ფორმის სპექტრულ რეაქციად დრო-სიხშირის დომენში ერთობლივი რეგულირების გზით. ეს პროცესი არღვევს ტრადიციული უწყვეტი ტუმბოს შეზღუდვებს: საწყისი იმპულსი ითიშება, როდესაც ის მიაღწევს დისიპაციური FWM ზღურბლს, ხოლო დისიპაციური ღრუ ინარჩუნებს იმპულსის თვითორგანიზების მდგომარეობას გაძლიერებისა და დანაკარგის დინამიური ბალანსის მეშვეობით, სადაც იმპულსის გამეორების სიხშირეა Fs (შეესაბამება ღრუს შინაგან სიხშირეს FF და პერიოდს T).

ამ კვლევაში ასევე ჩატარდა თეორიული დადასტურება. ექსპერიმენტულ გარემოში მიღებულ პარამეტრებზე დაყრდნობით და 1ps-ითულტრასწრაფი პულსური ლაზერისაწყისი ველის სახით, ლაზერული ღრუში იმპულსის დროის დომენისა და სიხშირის ევოლუციის პროცესზე რიცხვითი სიმულაცია ჩატარდა. აღმოჩნდა, რომ იმპულსი სამ ეტაპს გადიოდა: იმპულსის გაყოფა, იმპულსის პერიოდული რხევა და იმპულსის ერთგვაროვანი განაწილება მთელ ლაზერულ ღრუში. ეს რიცხვითი შედეგი ასევე სრულად ადასტურებს იმპულსის თვითორგანიზების მახასიათებლებს.პულსური ლაზერი.

დისიპაციური ბოჭკოვანი რგოლის ღრუში ოთხტალღოვანი შერევის ეფექტის გააქტიურებით ულტრასწრაფი დაწყვილების პულსური ანთების გზით, წარმატებით იქნა მიღწეული თერცლ-ქვე-თერცლოვანი ულტრამაღალი განმეორებადი სიხშირის იმპულსების თვითორგანიზება და შენარჩუნება (დაწყვილების გამორთვის შემდეგ 0.5 ვატი სიმძლავრის სტაბილური გამომავალი), რაც ლიდარის ველისთვის ახალი ტიპის სინათლის წყაროს უზრუნველყოფს: მისი თერცლ-ქვე-თერცლოვანი დონის ხელახალი სიხშირე წერტილოვანი ღრუბლის გარჩევადობას მილიმეტრულ დონემდე აძლიერებს. პულსის თვითშენარჩუნების ფუნქცია მნიშვნელოვნად ამცირებს სისტემის ენერგიის მოხმარებას. მთლიანად ბოჭკოვანი სტრუქტურა უზრუნველყოფს მაღალი სტაბილურობის მუშაობას 1.5 μm თვალის უსაფრთხოების დიაპაზონში. მომავალში, ეს ტექნოლოგია, სავარაუდოდ, ხელს შეუწყობს ავტომობილზე დამონტაჟებული ლიდარის ევოლუციას მინიატურიზაციისკენ (MZI მიკროფილტრებზე დაფუძნებული) და შორ მანძილზე აღმოჩენისკენ (სიმძლავრის გაფართოება > 1 ვატამდე) და შემდგომში ადაპტირდება რთული გარემოს აღქმის მოთხოვნებთან მრავალტალღოვანი კოორდინირებული ანთების და ინტელექტუალური რეგულირების გზით.