Ultra-high repetition rate pulsed laser

Ultra-high repetition rate pulsed laser

Sa microscopic na mundo ng interaksyon sa pagitan ng liwanag at matter, ang mga ultra-high repetition rate pulses (UHRPs) ay kumikilos bilang mga tumpak na tagapamahala ng oras - nag-o-oscillate sila nang higit sa isang bilyong beses bawat segundo (1GHz), na kumukuha ng mga molecular fingerprint ng mga selula ng kanser sa spectral imaging, nagdadala ng napakaraming data sa optical fiber na komunikasyon, at nag-calibrate ng mga teleskopyo ng wavelength. Lalo na sa paglukso ng dimensyon ng pagtuklas ng lidar, ang terahertz ultra-high repetition rate pulsed lasers (100-300 GHz) ay nagiging makapangyarihang mga tool upang makapasok sa interference layer, na muling hinuhubog ang mga hangganan ng three-dimensional na perception gamit ang spatiotemporal manipulation power sa antas ng photon. Sa kasalukuyan, ang paggamit ng mga artipisyal na microstructure, tulad ng mga micro-ring cavity na nangangailangan ng nanoscale processing accuracy upang makabuo ng four-wave mixing (FWM), ay isa sa mga pangunahing pamamaraan upang makakuha ng ultra-high repetition rate optical pulses. Ang mga siyentipiko ay tumutuon sa paglutas ng mga problema sa engineering sa pagproseso ng mga ultra-fine na istruktura, ang problema sa frequency tuning sa panahon ng pagsisimula ng pulso, at ang problema sa kahusayan ng conversion pagkatapos ng pagbuo ng pulso. Ang isa pang diskarte ay ang paggamit ng mataas na nonlinear fibers at gamitin ang modulation instability effect o FWM effect sa loob ng laser cavity upang pukawin ang mga UHRP. Sa ngayon, kailangan pa rin natin ng mas magaling na "time shaper".

Ang proseso ng pagbuo ng UHRP sa pamamagitan ng pag-iniksyon ng mga ultrafast pulse upang pukawin ang dissipative FWM effect ay inilarawan bilang "ultrafast ignition". Kaiba sa nabanggit na artificial microring cavity scheme na nangangailangan ng tuluy-tuloy na pumping, tumpak na pagsasaayos ng detuning para makontrol ang pagbuo ng pulso, at paggamit ng napaka-nonlinear na media para ibaba ang FWM threshold, ang "ignition" na ito ay umaasa sa peak power na katangian ng ultrafast pulses para direktang ma-excite ang FWM, at pagkatapos ng "ignition off", Achieve UH self-sustaining.

Ang Figure 1 ay naglalarawan ng pangunahing mekanismo ng pagkamit ng pulse self-organization batay sa ultrafast seed pulse excitation ng dissipative fiber ring cavities. Ang externally injected ultrashort seed pulse (period T0, repetition frequency F) ay nagsisilbing "ignition source" upang pukawin ang isang high-power pulse field sa loob ng dissipation cavity. Gumagana ang intracellular gain module sa synergy kasama ang spectral shaper upang i-convert ang seed pulse energy sa isang hugis suklay na parang multo na tugon sa pamamagitan ng pinagsamang regulasyon sa time-frequency domain. Ang prosesong ito ay lumalampas sa mga limitasyon ng tradisyonal na tuluy-tuloy na pumping: ang seed pulse ay nagsasara kapag ito ay umabot sa dissipation FWM threshold, at ang dissipation cavity ay nagpapanatili ng self-organizing state ng pulso sa pamamagitan ng dynamic na balanse ng gain at loss, na ang pulse repetition frequency ay Fs (naaayon sa intrinsic frequency FF at period T ng cavity).

Ang pag-aaral na ito ay nagsagawa rin ng theoretical verification. Batay sa mga parameter na pinagtibay sa pang-eksperimentong setup at may 1psultrafast pulse laserbilang paunang larangan, ang numerical simulation ay isinagawa sa proseso ng ebolusyon ng domain ng oras at dalas ng pulso sa loob ng lukab ng laser. Napag-alaman na ang pulso ay dumaan sa tatlong yugto: pulse splitting, pulse periodic oscillation, at pulse uniform distribution sa buong laser cavity. Ang numerical na resultang ito ay ganap ding nagpapatunay sa mga katangian ng pag-aayos sa sarili nglaser ng pulso.

Sa pamamagitan ng pag-trigger ng four-wave mixing effect sa loob ng dissipative fiber ring cavity sa pamamagitan ng ultrafast seed pulse ignition, ang self-organizing generation at maintenance ng sub-THZ ultra-high repetition frequency pulses (stable na output ng 0.5W power pagkatapos ng seed turn off) ay matagumpay na nakamit, na nagbibigay ng bagong uri ng light source para sa lidar na field na maaaring mapahusay ang antas ng resolution ng cloud: Itsre point antas ng milimetro. Ang tampok na self-sustaining ng pulso ay makabuluhang binabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya ng system. Tinitiyak ng all-fiber na istraktura ang mataas na stability na operasyon sa 1.5 μm eye safety band. Sa pagtingin sa hinaharap, ang teknolohiyang ito ay inaasahang magtutulak sa ebolusyon ng vehicle-mounted lidar tungo sa miniaturization (batay sa MZI micro-filters) at long-range detection (power expansion sa > 1W), at higit pang iangkop sa mga kinakailangan sa perception ng mga kumplikadong kapaligiran sa pamamagitan ng multi-wavelength na coordinated ignition at matalinong regulasyon.