Sub-20 femtosecond na nakikitang ilawtunable pulsed laser source
Kamakailan, isang research team mula sa UK ang nag-publish ng isang makabagong pag-aaral, na nag-aanunsyo na sila ay matagumpay na nakabuo ng isang tunable megawatt-level sub-20 femtosecond visible light tunablepulsed laser source. Ang pulsed laser source na ito, ultrafastfiber laserang system ay may kakayahang makabuo ng mga pulso na may tunable na wavelength, ultra-short duration, energies na kasing taas ng 39 nanojoules, at peak power na lampas sa 2 megawatts, na nagbubukas ng mga bagong prospect ng aplikasyon para sa mga field gaya ng ultrafast spectroscopy, biological imaging, at industrial processing.
Ang pangunahing highlight ng teknolohiyang ito ay nasa kumbinasyon ng dalawang cutting-edge na pamamaraan: "Gain-Managed nonlinear Amplification (GMNA)" at "Resonant Dispersive Wave (RDW) emission". Noong nakaraan, para makakuha ng ganoong high-performance tunable ultrashshort pulses, ang mahal at kumplikadong titanium-sapphire laser o optical parametric amplifier ay karaniwang kinakailangan. Ang mga device na ito ay hindi lamang magastos, malaki, at mahirap mapanatili, ngunit limitado rin sa mababang rate ng pag-uulit at hanay ng pag-tune. Ang lahat-ng-hibla na solusyon na binuo sa oras na ito ay hindi lamang makabuluhang pinasimple ang arkitektura ng system ngunit lubos ding binabawasan ang mga gastos at pagiging kumplikado. Binibigyang-daan nito ang direktang pagbuo ng sub-20 femtosecond, tunable sa 400 hanggang 700 nanometer at higit pa sa mga high-power pulse sa mataas na frequency ng pag-uulit na 4.8 MHz. Nakamit ng pangkat ng pananaliksik ang tagumpay na ito sa pamamagitan ng isang tiyak na idinisenyong arkitektura ng system. Una, gumamit sila ng isang ganap na polarization-preserveing mode-locked ytterbium fiber oscillator batay sa nonlinear amplification ring mirror (NALM) bilang pinagmumulan ng binhi. Ang disenyo na ito ay hindi lamang tinitiyak ang pangmatagalang katatagan ng sistema, ngunit iniiwasan din ang problema sa pagkasira ng mga pisikal na saturated absorbers. Pagkatapos ng preamplification at pulse compression, ang mga seed pulse ay ipinakilala sa yugto ng GMNA. Gumagamit ang GMNA ng self-phase modulation at longitudinal asymmetric gain distribution sa optical fibers para makamit ang spectral broadening at makabuo ng ultrashort pulses na may halos perpektong linear chirp, na sa huli ay na-compress sa sub-40 femtoseconds sa pamamagitan ng grating pairs. Sa yugto ng pagbuo ng RDW, gumamit ang mga mananaliksik ng self-designed at manufactured nine-resonator anti-resonance hollow-core fibers. Ang ganitong uri ng optical fiber ay may napakababang pagkawala sa pump pulse band at sa nakikitang liwanag na rehiyon, na nagbibigay-daan sa enerhiya na mahusay na ma-convert mula sa pump patungo sa dispersed wave at maiwasan ang interference na dulot ng high-loss resonant band. Sa ilalim ng pinakamainam na kondisyon, ang dispersion wave pulse energy output ng system ay maaaring umabot sa 39 nanojoules, ang pinakamaikling pulse width ay maaaring umabot sa 13 femtoseconds, ang peak power ay maaaring kasing taas ng 2.2 megawatts, at ang energy conversion efficiency ay maaaring kasing taas ng 13%. Ang higit pang kapana-panabik ay sa pamamagitan ng pagsasaayos ng presyon ng gas at mga parameter ng hibla, ang sistema ay madaling ma-extend sa ultraviolet at infrared na mga banda, na nakakamit ng wideband tuning mula sa malalim na ultraviolet hanggang sa infrared.
Ang pananaliksik na ito ay hindi lamang nagtataglay ng makabuluhang kahalagahan sa pangunahing larangan ng photonics, ngunit nagbubukas din ng isang bagong sitwasyon para sa mga larangan ng industriya at aplikasyon. Halimbawa, sa mga larangan tulad ng multi-photon microscopy imaging, ultrafast time-resolved spectroscopy, pagpoproseso ng materyal, precision medicine, at ultrafast nonlinear optics na pananaliksik, ang compact, episyente, at murang bagong uri ng ultrafast light source na ito ay magbibigay sa mga user ng mga hindi pa nagagawang tool at flexibility. Lalo na sa mga senaryo na nangangailangan ng mataas na rate ng pag-uulit, peak power at ultra-short pulses, ang teknolohiyang ito ay walang alinlangan na mas mapagkumpitensya at may mas malaking potensyal na promosyon kumpara sa tradisyonal na titanium-sapphire o optical parametric amplification system.
Sa hinaharap, plano ng research team na higit pang i-optimize ang system, tulad ng pagsasama ng kasalukuyang arkitektura na naglalaman ng maramihang free-space optical component sa mga optical fiber, o kahit na paggamit ng isang Mamyshev oscillator upang palitan ang kasalukuyang kumbinasyon ng oscillator at amplifier, upang makamit ang miniaturization at integration ng system. Bilang karagdagan, sa pamamagitan ng pag-angkop sa iba't ibang uri ng anti-resonance fibers, pagpapakilala ng Raman active gases at frequency doubling modules, ang sistemang ito ay inaasahang mapapalawak sa mas malawak na banda, na nagbibigay ng all-fiber, wideband, ultrafast laser solution para sa maraming field gaya ng ultraviolet, visible light at infrared.
Figure 1. Schematic diagram ng pag-tune ng pulsed laser
Oras ng post: Mayo-28-2025