Synligt lys under 20 femtosekunderjusterbar pulserende laserkilde
For nylig offentliggjorde et forskerhold fra Storbritannien en innovativ undersøgelse, der annoncerede, at de med succes har udviklet en justerbar megawatt-teknologi med justerbart synligt lys på under 20 femtosekunder.pulserende laserkildeDenne pulserende laserkilde, ultrahurtigfiberlaserSystemet er i stand til at generere pulser med justerbare bølgelængder, ultrakorte varigheder, energier på op til 39 nanojoule og en peak-effekt på over 2 megawatt, hvilket åbner op for helt nye anvendelsesmuligheder inden for områder som ultrahurtig spektroskopi, biologisk billeddannelse og industriel behandling.
Det centrale højdepunkt ved denne teknologi ligger i kombinationen af to banebrydende metoder: "Gain-Managed nonlinear Amplification (GMNA)" og "Resonant Dispersive Wave (RDW) emission". Tidligere krævedes dyre og komplekse titanium-safirlasere eller optiske parametriske forstærkere for at opnå sådanne højtydende, justerbare ultrakorte pulser. Disse enheder var ikke kun dyre, klodsede og vanskelige at vedligeholde, men også begrænset af lave repetitionshastigheder og tuningområder. Den fiberoptiske løsning, der er udviklet denne gang, forenkler ikke kun systemarkitekturen betydeligt, men reducerer også omkostninger og kompleksitet betydeligt. Den muliggør direkte generering af højeffektpulser på under 20 femtosekunder, der kan justeres til 400 til 700 nanometer og derover, ved en høj repetitionsfrekvens på 4,8 MHz. Forskerholdet opnåede dette gennembrud gennem en præcist designet systemarkitektur. For det første anvendte de en fuldt polarisationsbevarende, mode-låst ytterbiumfiberoscillator baseret på et ikke-lineært forstærkningsringspejl (NALM) som frøkilde. Dette design sikrer ikke kun systemets langsigtede stabilitet, men undgår også nedbrydningsproblemet med fysisk mættede absorbere. Efter forforstærkning og pulskompression introduceres frøpulserne i GMNA-trinnet. GMNA anvender selvfasemodulation og longitudinel asymmetrisk forstærkningsfordeling i optiske fibre for at opnå spektral udvidelse og generere ultrakorte pulser med næsten perfekt lineær chirp, som i sidste ende komprimeres til under 40 femtosekunder gennem gitterpar. Under RDW-genereringstrinnet brugte forskerne selvdesignede og fremstillede ni-resonator antiresonans hulkernefibre. Denne type optisk fiber har ekstremt lavt tab i pumpepulsbåndet og det synlige lysområde, hvilket gør det muligt at konvertere energien effektivt fra pumpebølgen til den spredte bølge og undgå interferens forårsaget af resonansbåndet med højt tab. Under optimale forhold kan systemets dispersionsbølgepulsenergi nå op på 39 nanojoule, den korteste pulsbredde kan nå 13 femtosekunder, peakeffekten kan være så høj som 2,2 megawatt, og energiomdannelseseffektiviteten kan være så høj som 13 %. Endnu mere spændende er det, at systemet ved at justere gastrykket og fiberparametrene nemt kan udvides til det ultraviolette og infrarøde bånd, hvilket opnår bredbåndsjustering fra dyb ultraviolet til infrarød.
Denne forskning har ikke kun betydelig betydning inden for det grundlæggende felt fotonik, men åbner også op for en ny situation for industri- og anvendelsesområder. For eksempel inden for områder som multifotonmikroskopibilleddannelse, ultrahurtig tidsopløst spektroskopi, materialeforarbejdning, præcisionsmedicin og ultrahurtig ikke-lineær optikforskning, vil denne kompakte, effektive og billige nye type ultrahurtige lyskilde give brugerne hidtil usete værktøjer og fleksibilitet. Især i scenarier, der kræver høje repetitionshastigheder, peak-effekt og ultrakorte pulser, er denne teknologi utvivlsomt mere konkurrencedygtig og har et større markedsføringspotentiale sammenlignet med traditionelle titanium-safir- eller optiske parametriske forstærkningssystemer.
I fremtiden planlægger forskerholdet at optimere systemet yderligere, f.eks. ved at integrere den nuværende arkitektur, der indeholder flere frirumsoptiske komponenter, i optiske fibre, eller endda bruge en enkelt Mamyshev-oscillator til at erstatte den nuværende oscillator- og forstærkerkombination for at opnå miniaturisering og integration af systemet. Derudover forventes dette system at blive udvidet til et bredere bånd ved at tilpasse sig forskellige typer antiresonansfibre, introducere Raman-aktive gasser og frekvensfordoblingsmoduler og levere ultrahurtige laserløsninger til alle fibre, bredbånd til flere felter såsom ultraviolet, synligt lys og infrarød.
Figur 1. Skematisk diagram over indstillingen af den pulserede laser
Opslagstidspunkt: 28. maj 2025