Імпульсны лазер з ультравысокай частатой паўтарэння
У мікраскапічным свеце ўзаемадзеяння святла і матэрыі імпульсы звышвысокай частатой паўтарэння (UHRP) выступаюць у якасці дакладных лінеек часу — яны вагаюцца з частатой больш за мільярд разоў у секунду (1 ГГц), фіксуючы малекулярныя адбіткі ракавых клетак у спектральнай візуалізацыі, пераносячы велізарныя аб'ёмы дадзеных у валаконна-аптычнай сувязі і калібруючы каардынаты даўжынь хваль зорак у тэлескопах. Асабліва ў скачку вымярэння выяўлення лідара, тэрагерцавыя імпульсныя лазеры з звышвысокай частатой паўтарэння (100-300 ГГц) становяцца магутнымі інструментамі для пранікнення праз інтэрферэнцыйны пласт, змяняючы межы трохмернага ўспрымання з дапамогай прасторава-часавай маніпуляцыйнай магутнасці на ўзроўні фатонаў. У цяперашні час выкарыстанне штучных мікраструктур, такіх як мікракольцавыя паражніны, якія патрабуюць нанамаштабнай дакладнасці апрацоўкі для генерацыі чатыроххвалевага змешвання (FWM), з'яўляецца адным з асноўных метадаў атрымання аптычных імпульсаў з звышвысокай частатой паўтарэння. Навукоўцы сканцэнтраваны на вырашэнні інжынерных праблем апрацоўкі звыштонкіх структур, праблемы налады частаты падчас ініцыяцыі імпульсу і праблемы эфектыўнасці пераўтварэння пасля генерацыі імпульсу. Іншы падыход заключаецца ў выкарыстанні высоканелінейных валокнаў і выкарыстанні эфекту мадуляцыйнай нестабільнасці або эфекту ЧВХ у лазерным рэзанатары для ўзбуджэння ультравысокачастотных валакноў. Пакуль што нам патрэбен больш спрытны «фарматар часу».
Працэс генерацыі звышхуткага запальвання шляхам увядзення звышхуткіх імпульсаў для ўзбуджэння дысіпатыўнага эфекту ЧІВ апісваецца як «звышхуткае запальванне». У адрозненне ад вышэйзгаданай схемы са штучным мікракольцавым рэзанатарам, якая патрабуе бесперапыннай напампоўкі, дакладнай рэгулявання расстройкі для кіравання генерацыяй імпульсаў і выкарыстання высоканелінейных асяроддзяў для зніжэння парога ЧІВ, гэта «запальванне» абапіраецца на характарыстыкі пікавай магутнасці звышхуткіх імпульсаў для непасрэднага ўзбуджэння ЧІВ, а пасля «выключэння запальвання» дасягае самападтрымліваючагася ЗІВ.
На малюнку 1 паказаны асноўны механізм дасягнення самаарганізацыі імпульсаў, заснаваны на ўзбуджэнні дысіпатыўных валаконна-кольцавых паражнін ультрахуткімі пачатковымі імпульсамі. Знешня ўведзены ультракароткі пачатковы імпульс (перыяд T0, частата паўтарэння F) служыць «крыніцай запальвання» для ўзбуджэння магутнага імпульснага поля ўнутры паражніны дысіпацыі. Унутрыклетачны модуль узмацнення працуе ў сінэргіі са спектральным фармавальнікам, каб пераўтварыць энергію пачатковага імпульсу ў грабянепадобны спектральны водгук праз сумеснае рэгуляванне ў часова-частотнай вобласці. Гэты працэс парушае абмежаванні традыцыйнай бесперапыннай накачкі: пачатковы імпульс адключаецца, калі ён дасягае парога дысіпацыі FWM, а паражніна дысіпацыі падтрымлівае самаарганізуючы стан імпульсу праз дынамічны баланс узмацнення і страт, прычым частата паўтарэння імпульсаў складае Fs (што адпавядае ўласнай частаце FF і перыяду T паражніны).
У гэтым даследаванні таксама была праведзена тэарэтычная праверка. На аснове параметраў, прынятых у эксперыментальнай устаноўцы, і з 1 псзвышхуткі імпульсны лазерУ якасці пачатковага поля было праведзена лікавае мадэляванне працэсу эвалюцыі часовай вобласці і частаты імпульсу ў лазерным рэзанатары. Было ўстаноўлена, што імпульс праходзіць тры стадыі: расшчапленне імпульсу, перыядычнае ваганне імпульсу і раўнамернае размеркаванне імпульсу па ўсім лазерным рэзанатары. Гэты лікавы вынік таксама цалкам пацвярджае самаарганізацыйныя характарыстыкіімпульсны лазер.
Дзякуючы актывацыі эфекту чатыроххвалевага змешвання ў паражніне дысіпатыўнага валаконнага кольца праз звышхуткае запальванне пачатковага імпульсу, была паспяхова дасягнута самаарганізаваная генерацыя і падтрыманне імпульсаў звышвысокай частатой паўтарэння ніжэй за ТГц (стабільная выхадная магутнасць 0,5 Вт пасля выключэння пачатковага імпульсу), што забяспечыла новы тып крыніцы святла для поля лідара: яго перавышэнне частаты на ўзроўні ніжэй за ТГц можа палепшыць раздзяляльнасць воблака кропак да міліметровага ўзроўню. Функцыя самападтрымання імпульсу значна зніжае спажыванне энергіі сістэмай. Цалкам валаконная структура забяспечвае высокую стабільнасць працы ў бяспечным для вока дыяпазоне 1,5 мкм. Зазіраючы ў будучыню, чакаецца, што гэтая тэхналогія будзе стымуляваць эвалюцыю лідара, усталяванага на транспартных сродках, у бок мініятюрызацыі (на аснове мікрафільтраў MZI) і выяўлення на вялікія адлегласці (пашырэнне магутнасці да > 1 Вт), а таксама далейшай адаптацыі да патрабаванняў успрымання складаных асяроддзяў праз шматхвалевае каардынаванае запальванне і інтэлектуальнае рэгуляванне.
Час публікацыі: 08 ліпеня 2025 г.