Бачнае святло з даўжынёй хвалі менш за 20 фемтасекундналаджвальная імпульсная лазерная крыніца
Нядаўна даследчая група з Вялікабрытаніі апублікавала інавацыйнае даследаванне, у якім абвясціла аб паспяховым распрацоўцы наладжвальнага бачнага святла магутнасцю менш за 20 фемтасекунд.імпульсная лазерная крыніцаГэта імпульсная лазерная крыніца, звышхуткаявалаконны лазерСістэма здольная генераваць імпульсы з наладжвальнай даўжынёй хвалі, ультракароткай працягласцю, энергіяй да 39 нанаджоўляў і пікавай магутнасцю, якая перавышае 2 мегаваты, што адкрывае зусім новыя перспектывы прымянення ў такіх галінах, як звышхуткая спектраскапія, біялагічная візуалізацыя і прамысловая апрацоўка.
Асноўная асаблівасць гэтай тэхналогіі заключаецца ў спалучэнні двух перадавых метадаў: «кіраванага ўзмацнення з нелінейным узмацненнем (GMNA)» і «выпраменьвання рэзананснай дысперсійнай хвалі (RDW)». У мінулым для атрымання такіх высокапрадукцыйных настроўваемых ультракароткіх імпульсаў звычайна патрабаваліся дарагія і складаныя тытан-сапфіравыя лазеры або аптычныя параметрычныя ўзмацняльнікі. Гэтыя прылады былі не толькі дарагімі, грувасткімі і складанымі ў абслугоўванні, але і абмежаванымі нізкай частатой паўтарэння і дыяпазонамі налады. Цалкам валаконнае рашэнне, распрацаванае на гэты раз, не толькі значна спрашчае архітэктуру сістэмы, але і значна зніжае выдаткі і складанасць. Яно дазваляе непасрэдна генераваць імпульсы высокай магутнасці працягласцю менш за 20 фемтасекунд, настроўваемыя на 400-700 нанаметраў і вышэй, з высокай частатой паўтарэння 4,8 МГц. Даследчая група дасягнула гэтага прарыву дзякуючы дакладна распрацаванай архітэктуры сістэмы. Па-першае, яны выкарысталі цалкам захаваўшы палярызацыю валаконны генератар на аснове нелінейнага кольцавага ўзмацняльніка (NALM) у якасці крыніцы пачатковага сігналу. Такая канструкцыя не толькі забяспечвае доўгатэрміновую стабільнасць сістэмы, але і дазваляе пазбегнуць праблемы дэградацыі фізічных насычаных паглынальнікаў. Пасля папярэдняга ўзмацнення і сціскання імпульсаў пачатковыя імпульсы ўводзяцца ў каскад GMNA. GMNA выкарыстоўвае фазавую самамадуляцыю і падоўжнае асіметрычнае размеркаванне ўзмацнення ў аптычных валокнах для дасягнення спектральнага пашырэння і генерацыі ультракароткіх імпульсаў з амаль ідэальным лінейным чырпам, якія ў канчатковым выніку сціскаюцца да менш чым 40 фемтасекунд праз пары рашотак. Падчас стадыі генерацыі RDW даследчыкі выкарыстоўвалі ўласнаручна распрацаваныя і вырабленыя дзевяцірэзанатарныя антырэзанансныя валокны з полымі стрыжнямі. Гэты тып аптычнага валакна мае надзвычай нізкія страты ў паласе імпульсаў накачкі і вобласці бачнага святла, што дазваляе эфектыўна пераўтвараць энергію з накачкі ў рассеяную хвалю і пазбягаць перашкод, выкліканых рэзананснай паласой з высокімі стратамі. Пры аптымальных умовах энергія імпульсу дысперсійнай хвалі, якую выпраменьвае сістэма, можа дасягаць 39 нанаджоўляў, найкарацейшая шырыня імпульсу — 13 фемтасекунд, пікавая магутнасць — 2,2 мегавата, а эфектыўнасць пераўтварэння энергіі — 13%. Яшчэ больш цікавым з'яўляецца тое, што, рэгулюючы ціск газу і параметры валакна, сістэму можна лёгка пашырыць на ультрафіялетавы і інфрачырвоны дыяпазоны, дасягаючы шырокапалоснай налады ад глыбокага ультрафіялетавага да інфрачырвонага выпраменьвання.
Гэта даследаванне мае значнае значэнне не толькі ў фундаментальнай галіне фатонікі, але і адкрывае новыя магчымасці для прамысловай і прыкладной галін. Напрыклад, у такіх галінах, як шматфатонная мікраскапія, звышхуткая спектраскапія з часавым разрозненнем, апрацоўка матэрыялаў, дакладная медыцына і даследаванні звышхуткай нелінейнай оптыкі, гэты кампактны, эфектыўны і недарагі новы тып звышхуткай крыніцы святла дасць карыстальнікам беспрэцэдэнтныя інструменты і гнуткасць. Асабліва ў сцэнарыях, якія патрабуюць высокай частаты паўтарэння, пікавай магутнасці і звышкароткіх імпульсаў, гэтая тэхналогія, несумненна, больш канкурэнтаздольная і мае большы патэнцыял прасоўвання ў параўнанні з традыцыйнымі тытан-сапфіравымі або аптычнымі параметрычнымі сістэмамі ўзмацнення.
У будучыні даследчая група плануе далей аптымізаваць сістэму, напрыклад, інтэграваць існуючую архітэктуру, якая змяшчае некалькі аптычных кампанентаў у вольнай прасторы, у аптычныя валокны, або нават выкарыстоўваць адзін генератар Мамышава для замены існуючай камбінацыі генератара і ўзмацняльніка, каб дасягнуць мініяцюрызацыі і інтэграцыі сістэмы. Акрамя таго, чакаецца, што дзякуючы адаптацыі да розных тыпаў антырэзанансных валокнаў, увядзенню актыўных газаў Рамана і модуляў падваення частаты, гэтая сістэма будзе пашырана на больш шырокі дыяпазон, забяспечваючы цалкам валаконныя, шырокапалосныя, звышхуткія лазерныя рашэнні для розных абласцей, такіх як ультрафіялетавае, бачнае святло і інфрачырвонае выпраменьванне.
Малюнак 1. Схематычная дыяграма налады імпульснага лазера
Час публікацыі: 28 мая 2025 г.