Видимый свет длиной менее 20 фемтосекундперестраиваемый импульсный лазерный источник
Недавно группа исследователей из Великобритании опубликовала инновационное исследование, в котором сообщается, что им удалось успешно разработать настраиваемый оптический преобразователь видимого света с мощностью менее 20 фемтосекунд и мощностью более мегаватт.импульсный лазерный источник. Этот импульсный лазерный источник, сверхбыстрыйволоконный лазерСистема способна генерировать импульсы с настраиваемой длиной волны, сверхкороткой длительностью, энергией до 39 наноджоулей и пиковой мощностью более 2 мегаватт, что открывает совершенно новые перспективы применения в таких областях, как сверхбыстрая спектроскопия, биологическая визуализация и промышленная обработка.
Основная изюминка этой технологии заключается в сочетании двух передовых методов: «Управляемое усиление нелинейного усиления (GMNA)» и «Резонансное дисперсионное излучение волн (RDW)». В прошлом для получения таких высокопроизводительных настраиваемых сверхкоротких импульсов обычно требовались дорогие и сложные титан-сапфировые лазеры или оптические параметрические усилители. Эти устройства были не только дорогими, громоздкими и сложными в обслуживании, но и ограничивались низкими частотами повторения и диапазонами настройки. Полностью волоконное решение, разработанное на этот раз, не только значительно упрощает архитектуру системы, но и значительно снижает затраты и сложность. Оно позволяет напрямую генерировать менее 20 фемтосекундных, настраиваемых до 400–700 нанометров и более мощных импульсов с высокой частотой повторения 4,8 МГц. Исследовательская группа достигла этого прорыва с помощью точно спроектированной архитектуры системы. Во-первых, они использовали полностью сохраняющий поляризацию синхронизированный модовый иттербиевый волоконный генератор на основе нелинейного кольцевого зеркала усиления (NALM) в качестве источника затравки. Такая конструкция не только обеспечивает долговременную стабильность системы, но и позволяет избежать проблемы деградации физических насыщенных поглотителей. После предварительного усиления и сжатия импульсов затравочные импульсы вводятся в каскад GMNA. GMNA использует самомодуляцию фазы и продольное асимметричное распределение усиления в оптических волокнах для достижения спектрального уширения и генерации сверхкоротких импульсов с почти идеальным линейным чирпом, которые в конечном итоге сжимаются до менее 40 фемтосекунд с помощью пар решеток. На этапе генерации RDW исследователи использовали самостоятельно разработанные и изготовленные девятирезонаторные антирезонансные полые волокна. Этот тип оптического волокна имеет чрезвычайно низкие потери в полосе импульса накачки и области видимого света, что позволяет эффективно преобразовывать энергию из накачки в рассеянную волну и избегать помех, вызванных резонансной полосой с высокими потерями. При оптимальных условиях выходная энергия импульса дисперсионной волны системы может достигать 39 наноджоулей, самая короткая длительность импульса может достигать 13 фемтосекунд, пиковая мощность может достигать 2,2 мегаватт, а эффективность преобразования энергии может достигать 13%. Еще более захватывающим является то, что, регулируя давление газа и параметры волокна, систему можно легко расширить до ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов, достигая широкополосной настройки от глубокого ультрафиолета до инфракрасного.
Это исследование не только имеет важное значение в фундаментальной области фотоники, но и открывает новую ситуацию для промышленных и прикладных областей. Например, в таких областях, как многофотонная микроскопическая визуализация, сверхбыстрая спектроскопия с временным разрешением, обработка материалов, точная медицина и сверхбыстрые исследования нелинейной оптики, этот компактный, эффективный и недорогой новый тип сверхбыстрого источника света предоставит пользователям беспрецедентные инструменты и гибкость. Особенно в сценариях, требующих высокой частоты повторения, пиковой мощности и сверхкоротких импульсов, эта технология, несомненно, более конкурентоспособна и имеет больший потенциал продвижения по сравнению с традиционными титан-сапфировыми или оптическими параметрическими системами усиления.
В будущем исследовательская группа планирует продолжить оптимизацию системы, например, интегрировать текущую архитектуру, которая содержит несколько оптических компонентов свободного пространства, в оптические волокна или даже использовать один генератор Мамышева для замены текущей комбинации генератора и усилителя, чтобы достичь миниатюризации и интеграции системы. Кроме того, путем адаптации к различным типам антирезонансных волокон, внедрения активных газов Рамана и модулей удвоения частоты, эта система, как ожидается, будет расширена до более широкого диапазона, предоставляя полностью волоконные, широкополосные, сверхбыстрые лазерные решения для нескольких областей, таких как ультрафиолет, видимый свет и инфракрасный.
Рисунок 1. Принципиальная схема настройки импульсного лазера
Время публикации: 28 мая 2025 г.