Ultra yuqori takrorlash tezligiga ega impulsli lazer

Ultra yuqori takrorlash tezligiga ega impulsli lazer

Yorug'lik va materiya o'rtasidagi o'zaro ta'sirning mikroskopik dunyosida ultra yuqori takrorlanish tezligi impulslari (UHRP) vaqtni aniq o'lchaydi - ular sekundiga milliard martadan ko'proq (1 gigagerts) tebranadi, spektral tasvirlarda saraton hujayralarining molekulyar barmoq izlarini ushlaydi, optik tolali aloqada katta miqdordagi ma'lumotlarni tashiydi va teleskoplarda yulduzlarning to'lqin uzunligi koordinatalarini kalibrlaydi. Ayniqsa, lidarning aniqlash o'lchamining sakrashida terahers ultra yuqori takrorlanish tezligi impulsli lazerlar (100-300 gigagerts) interferentsiya qatlamiga kirish uchun kuchli vositalarga aylanmoqda, foton darajasida fazoviy-vaqtinchalik manipulyatsiya kuchi bilan uch o'lchovli idrok chegaralarini qayta shakllantirmoqda. Hozirgi vaqtda to'rt to'lqinli aralashtirish (FWM) ni yaratish uchun nanoskalali ishlov berish aniqligini talab qiladigan mikro-halqa bo'shliqlari kabi sun'iy mikrotuzilmalardan foydalanish ultra yuqori takrorlanish tezligi optik impulslarni olishning asosiy usullaridan biridir. Olimlar ultra nozik tuzilmalarni qayta ishlashdagi muhandislik muammolarini, impulsni ishga tushirish paytida chastotani sozlash muammosini va impuls hosil bo'lgandan keyin konversiya samaradorligi muammosini hal qilishga e'tibor qaratmoqdalar. Yana bir yondashuv - yuqori chiziqli bo'lmagan tolalardan foydalanish va UHRPlarni qo'zg'atish uchun lazer bo'shlig'ida modulyatsiya beqarorligi effekti yoki FWM effektidan foydalanish. Hozircha bizga hali ham chaqqonroq "vaqtni shakllantiruvchi" kerak.

Dissipativ FWM effektini qo'zg'atish uchun ultra tez impulslarni yuborish orqali UHRP hosil qilish jarayoni "ultra tez yonish" deb ta'riflanadi. Yuqorida aytib o'tilgan sun'iy mikro halqali bo'shliq sxemasidan farqli o'laroq, u uzluksiz nasoslashni, impuls hosil bo'lishini boshqarish uchun detuningni aniq sozlashni va FWM chegarasini pasaytirish uchun yuqori chiziqli bo'lmagan muhitdan foydalanishni talab qiladi, bu "yonish" FWMni to'g'ridan-to'g'ri qo'zg'atish uchun ultra tez impulslarning eng yuqori quvvat xususiyatlariga tayanadi va "yonish o'chirilgandan" so'ng, o'zini o'zi ta'minlaydigan UHRPga erishadi.

1-rasmda dissipativ tola halqasi bo'shliqlarining ultra tez urug' impulsini qo'zg'atishi asosida impulsning o'zini o'zi tashkil etishga erishishning asosiy mexanizmi ko'rsatilgan. Tashqi tomondan yuborilgan ultra qisqa urug' impulsi (T0 davri, takrorlanish chastotasi F) tarqalish bo'shlig'ida yuqori quvvatli impuls maydonini qo'zg'atish uchun "otish manbai" bo'lib xizmat qiladi. Hujayra ichidagi kuchaytirish moduli spektral shakllantiruvchi bilan sinergiyada ishlaydi va vaqt chastotasi sohasida qo'shma tartibga solish orqali urug' impulsi energiyasini taroqsimon spektral javobga aylantiradi. Bu jarayon an'anaviy uzluksiz nasoslashning cheklovlarini buzadi: urug' impulsi tarqalish FWM chegarasiga yetganda o'chadi va tarqalish bo'shlig'i kuchaytirish va yo'qotishning dinamik muvozanati orqali impulsning o'zini o'zi tashkil etish holatini saqlab qoladi, impulsning takrorlanish chastotasi Fs (bo'shliqning ichki chastotasi FF va T davriga mos keladi) bo'ladi.

Ushbu tadqiqotda nazariy tasdiqlash ham amalga oshirildi. Eksperimental tizimda qabul qilingan parametrlarga asoslanib va ​​1ps bilanultra tezkor impulsli lazerDastlabki maydon sifatida lazer bo'shlig'idagi impulsning vaqt domeni va chastotasining evolyutsiyasi jarayoni bo'yicha raqamli simulyatsiya amalga oshirildi. Impuls uch bosqichdan o'tganligi aniqlandi: impulsning bo'linishi, impulsning davriy tebranishi va butun lazer bo'shlig'i bo'ylab impulsning bir tekis taqsimlanishi. Ushbu raqamli natija, shuningdek, o'z-o'zini tashkil etuvchi xususiyatlarini to'liq tasdiqlaydi.impulsli lazer.

Ultra tez urug' impulslarini yoqish orqali dissipativ tola halqasi bo'shlig'ida to'rt to'lqinli aralashtirish effektini ishga tushirish orqali, THZ dan past ultra yuqori takrorlanish chastotasi impulslarini o'z-o'zini tashkil etuvchi generatsiya va saqlash (urug' o'chirilgandan keyin 0,5 Vt quvvatning barqaror chiqishi) muvaffaqiyatli amalga oshirildi, bu esa lidar maydoni uchun yangi turdagi yorug'lik manbasini taqdim etdi: uning THZ dan past darajadagi qayta chastotasi nuqta bulutining aniqligini millimetr darajasiga oshirishi mumkin. Impulsning o'zini o'zi ta'minlaydigan xususiyati tizimning energiya sarfini sezilarli darajada kamaytiradi. Barcha tolali tuzilish 1,5 mkm ko'z xavfsizlik diapazonida yuqori barqarorlik ishlashini ta'minlaydi. Kelajakka nazar tashlasak, ushbu texnologiya avtomobilga o'rnatilgan lidarning miniatyuralash (MZI mikro-filtrlariga asoslangan) va uzoq masofali aniqlash (quvvatni > 1 Vt gacha kengaytirish) yo'nalishiga olib kelishi va ko'p to'lqinli muvofiqlashtirilgan yoqish va aqlli tartibga solish orqali murakkab muhitlarning idrok talablariga yanada moslashishi kutilmoqda.