Ultra-héich Widderhuelungsrate Pulslaser

Ultra-héich Widderhuelungsrate Pulslaser

An der mikroskopescher Welt vun der Interaktioun tëscht Liicht a Matière handelen Ultra-High Repetition Rate Pulses (UHRPs) als präzis Zäitregelen - si oszilléieren méi wéi eng Milliard Mol pro Sekonn (1 GHz), erfassen déi molekular Fangerofdréck vu Kriibszellen an der spektraler Bildgebung, droen massiv Datenmengen an der optescher Faserkommunikatioun a kalibréieren d'Wellenlängtekoordinaten vu Stären an Teleskopen. Besonnesch beim Sprong vun der Detektiounsdimensioun vum Lidar ginn Terahertz-Ultra-High Repetition Rate Pulslaseren (100-300 GHz) zu mächtegen Tools fir d'Interferenzschicht ze penetréieren an d'Grenze vun der dräidimensionaler Perceptioun mat der raimlech-zäitlecher Manipulatiounskraaft um Photonenniveau nei ze gestalten. Am Moment ass d'Benotzung vun künstlechen Mikrostrukturen, wéi Mikroringkavitéiten, déi eng Nanoskala-Veraarbechtungsgenauegkeet erfuerderen fir Véierwellenmëschung (FWM) ze generéieren, eng vun den Haaptmethoden fir optesch Pulse mat ultra-héijer Repetition Rate ze kréien. D'Wëssenschaftler konzentréiere sech op d'Léisung vun den Ingenieursproblemer bei der Veraarbechtung vun ultrafeine Strukturen, dem Frequenzabstimmungsproblem während der Pulsinitiatioun an dem Konversiounseffizienzproblem no der Pulsgeneratioun. Eng aner Approche ass et, héich netlinear Faseren ze benotzen an den Modulatiounsinstabilitéitseffekt oder den FWM-Effekt an der Laserhöhl ze notzen, fir UHRPs unzeréieren. Bis elo brauche mir nach ëmmer e méi geschickte "Zäitformer".

De Prozess vun der Generéierung vun UHRP duerch d'Injektioun vun ultraschnelle Puls fir den dissipativen FWM-Effekt unzeréieren gëtt als "ultraschnell Zündung" beschriwwen. Am Géigesaz zum uewe genannten künstleche Mikroring-Kavitéitsschema, dat e kontinuéierlecht Pompelen, eng präzis Upassung vun der Verstimmung fir d'Impulsgeneratioun ze kontrolléieren an d'Benotzung vun héich netlinearen Medien fir de FWM-Schwellwäert ze senken erfuerdert, baséiert dës "Zündung" op de Spëtzeleeschtungscharakteristike vun ultraschnelle Puls fir FWM direkt unzeréieren, an no der "Zündung aus" eng selbststänneg UHRP z'erreechen.

Figur 1 illustréiert de Kärmechanismus fir d'Erreeche vun der Puls-Selbstorganisatioun baséiert op ultraschneller Keimpuls-Anregung vun dissipativen Faserringkavitéiten. Den extern injizéierten ultrakuerzen Keimpuls (Period T0, Widderhuelungsfrequenz F) déngt als "Zündquell" fir e Pulsfeld mat héijer Leeschtung an der Dissipatiounskavitéit unzeréieren. De intrazelluläre Verstärkungsmodul funktionéiert synergesch mam Spektralformler fir d'Energie vum Keimpuls an eng kamfërmeg spektral Äntwert duerch gemeinsam Reguléierung am Zäitfrequenzberäich ëmzewandelen. Dëse Prozess brécht d'Limiten vum traditionelle kontinuéierleche Pompelen: de Keimpuls schalt sech aus wann en den Dissipatiouns-FWM-Schwellwäert erreecht, an d'Dissipatiounskavitéit hält den selbstorganiséierenden Zoustand vum Puls duerch dat dynamescht Gläichgewiicht tëscht Gewënn a Verloscht oprecht, mat der Pulswidderhuelungsfrequenz Fs (entsprécht der intrinsescher Frequenz FF an der Period T vun der Kavitéit).

Dës Studie huet och eng theoretesch Verifizéierung duerchgefouert. Baséierend op de Parameteren, déi am experimentellen Opbau a mat engem 1ps benotzt goufenultraschnelle PulslaserAls initialt Feld gouf eng numeresch Simulatioun vum Evolutiounsprozess vum Zäitberäich an der Frequenz vum Puls an der Laserhöhl duerchgefouert. Et gouf festgestallt, datt de Puls dräi Etappen duerchlaf huet: Pulsdeelung, periodesch Pulsoszillatioun an gläichméisseg Pulsverdeelung duerch déi ganz Laserhöhl. Dëst numerescht Resultat verifizéiert och vollstänneg d'selbstorganiséierend Charakteristike vumPulslaser.

Duerch d'Ausléise vum Véierwelle-Mëscheffekt an der dissipativer Faserringhöhl duerch ultraschnell Sompulszündung, gouf déi selbstorganiséierend Generatioun an Ënnerhaltung vun ultrahéicher Widderhuelungsfrequenzimpulser ënner THZ (stabil Ausgangsleistung vun 0,5 W Leeschtung nom Ausschalten vum Som) erfollegräich erreecht, wat eng nei Zort Liichtquell fir de Lidar-Feld geliwwert huet: Seng Refrequenz ënner THZ-Niveau kann d'Punktwollekenopléisung op Millimeterniveau erhéijen. Déi selbsthalend Pulsfunktioun reduzéiert den Energieverbrauch vum System däitlech. Déi komplett Faserstruktur garantéiert en héichstabilitéitsbetrib am 1,5 μm Aensécherheetsband. Mat Bléck an d'Zukunft gëtt erwaart, datt dës Technologie d'Evolutioun vum u Gefier montéierte Lidar a Richtung Miniaturiséierung (baséiert op MZI-Mikrofilter) an Detektioun op grouss Distanzen (Leeschtungserweiderung op > 1 W) féiere wäert, a sech weider un d'Wahrnehmungsufuerderunge vu komplexen Ëmfeld upasse wäert duerch Multiwellelängtekoordinéiert Zündung an intelligent Reguléierung.