20-дан төмен фемтосекундтық көрінетін жарықреттелетін импульсті лазер көзі
Жақында Ұлыбританиядан келген зерттеу тобы инновациялық зерттеу жариялады, онда олар мегаватт деңгейіндегі 20-дан төмен фемтосекундтық көрінетін жарықты реттейтін құрылғыны сәтті жасағанын хабарлады.импульсті лазер көзіБұл импульсті лазер көзі, аса жылдамталшықты лазерЖүйе реттелетін толқын ұзындықтары, өте қысқа ұзақтығы, 39 наноджоульге дейінгі энергиясы және 2 мегаватттан асатын ең жоғары қуаты бар импульстарды генерациялауға қабілетті, бұл өте жылдам спектроскопия, биологиялық бейнелеу және өнеркәсіптік өңдеу сияқты салалар үшін мүлдем жаңа қолдану мүмкіндіктерін ашады.
Бұл технологияның негізгі ерекшелігі екі озық әдістің үйлесімінде жатыр: «Күшейтумен басқарылатын сызықтық емес күшейту (GMNA)» және «Резонанстық дисперсиялық толқын (RDW) сәулеленуі». Бұрын мұндай жоғары өнімді реттелетін ультра қысқа импульстарды алу үшін әдетте қымбат және күрделі титан-сапфир лазерлері немесе оптикалық параметрлік күшейткіштер қажет болды. Бұл құрылғылар тек қымбат, көлемді және қызмет көрсету қиын ғана емес, сонымен қатар төмен қайталау жиілігі мен реттеу диапазондарымен шектелді. Бұл жолы жасалған толық талшықты шешім жүйе архитектурасын айтарлықтай жеңілдетіп қана қоймай, сонымен қатар шығындар мен күрделілікті айтарлықтай азайтады. Ол 4,8 МГц жоғары қайталау жиілігінде 400-ден 700 нанометрге дейін және одан да жоғары қуатты импульстарды тікелей генерациялауға мүмкіндік береді. Зерттеу тобы бұл жетістікке дәл жасалған жүйелік архитектура арқылы қол жеткізді. Біріншіден, олар бастапқы көз ретінде сызықтық емес күшейту сақина айнасына (NALM) негізделген толық поляризацияны сақтайтын режимді сақтайтын иттербий талшықты осцилляторын пайдаланды. Бұл дизайн жүйенің ұзақ мерзімді тұрақтылығын қамтамасыз етіп қана қоймай, сонымен қатар физикалық қаныққан сіңіргіштердің деградация мәселесін болдырмайды. Алдын ала күшейтуден және импульсті қысудан кейін бастапқы импульстар GMNA сатысына енгізіледі. GMNA спектрлік кеңеюге қол жеткізу және тор жұптары арқылы 40 фемтосекундтан төмен сығылатын дерлік мінсіз сызықтық шырылдауы бар ультрақысқа импульстарды генерациялау үшін оптикалық талшықтарда өзіндік фазалық модуляцияны және бойлық асимметриялық күшейту таралуын пайдаланады. RDW генерациялау сатысында зерттеушілер өздері жобалаған және шығарған тоғыз резонаторлы антирезонанстық қуыс өзекті талшықтарды пайдаланды. Оптикалық талшықтың бұл түрі сорғының импульстік диапазонында және көрінетін жарық аймағында өте төмен шығынға ие, бұл энергияны сорғыдан дисперсті толқынға тиімді түрде түрлендіруге мүмкіндік береді және жоғары шығынды резонанстық диапазон тудыратын кедергілерді болдырмайды. Оңтайлы жағдайларда жүйенің дисперсиялық толқын импульсінің энергия шығысы 39 наноджулға жетуі мүмкін, ең қысқа импульс ені 13 фемтосекундқа жетуі мүмкін, ең жоғары қуат 2,2 мегаваттқа дейін жетуі мүмкін, ал энергияны түрлендіру тиімділігі 13%-ға дейін жетуі мүмкін. Одан да қызықтысы, газ қысымы мен талшықты параметрлерді реттеу арқылы жүйені ультракүлгін және инфрақызыл диапазондарға оңай кеңейтуге болады, бұл терең ультракүлгіннен инфрақызылға дейін кең жолақты реттеуге қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Бұл зерттеу фотониканың іргелі саласында маңызды маңызға ие болып қана қоймай, сонымен қатар өнеркәсіптік және қолданбалы салалар үшін жаңа жағдай ашады. Мысалы, көп фотонды микроскопиялық бейнелеу, ультражылдам уақыт бойынша шешілетін спектроскопия, материалдарды өңдеу, дәл медицина және ультражылдам сызықты емес оптика зерттеулері сияқты салаларда бұл ықшам, тиімді және арзан жаңа типтегі ультражылдам жарық көзінің пайдаланушыларға бұрын-соңды болмаған құралдар мен икемділік береді. Әсіресе, жоғары қайталану жиілігін, шың қуатын және ультра қысқа импульстарды қажет ететін сценарийлерде бұл технология сөзсіз бәсекеге қабілетті және дәстүрлі титан-сапфир немесе оптикалық параметрлік күшейту жүйелерімен салыстырғанда үлкен ілгерілеу әлеуетіне ие.
Болашақта зерттеу тобы жүйені одан әрі оңтайландыруды жоспарлап отыр, мысалы, бірнеше бос кеңістіктік оптикалық компоненттерді қамтитын қазіргі архитектураны оптикалық талшықтарға біріктіру немесе тіпті жүйені миниатюралау және интеграциялау үшін ағымдағы осциллятор мен күшейткіш комбинациясын ауыстыру үшін бір Мамышев осцилляторын пайдалану. Сонымен қатар, әртүрлі антирезонанстық талшықтарға бейімделу, Раман белсенді газдары мен жиілікті екі еселеу модульдерін енгізу арқылы бұл жүйені ультракүлгін, көрінетін жарық және инфрақызыл сияқты көптеген салалар үшін толық талшықты, кең жолақты, ультражылдам лазерлік шешімдерді ұсына отырып, кеңірек диапазонға кеңейту күтілуде.
1-сурет. Импульсті лазерді баптаудың схемалық диаграммасы
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 28 мамыр