Імпульсний лазер з надвисокою частотою повторення
У мікроскопічному світі взаємодії між світлом і матерією імпульси надвисокої частоти повторення (UHRP) діють як точні лінійки часу – вони коливаються зі швидкістю понад мільярд разів на секунду (1 ГГц), фіксуючи молекулярні відбитки ракових клітин у спектральному зображенні, передаючи величезні обсяги даних в оптичному волоконному зв'язку та калібруючи координати довжин хвиль зірок у телескопах. Особливо в умовах стрибка виміру виявлення лідара, терагерцові імпульсні лазери надвисокої частоти повторення (100-300 ГГц) стають потужними інструментами для проникнення крізь інтерференційний шар, змінюючи межі тривимірного сприйняття за допомогою просторово-часової маніпулюючої потужності на рівні фотонів. Наразі використання штучних мікроструктур, таких як мікрокільцеві порожнини, що вимагають нанорозмірної точності обробки для генерації чотирихвильового змішування (FWM), є одним з основних методів отримання оптичних імпульсів надвисокої частоти повторення. Вчені зосереджуються на вирішенні інженерних проблем обробки надтонких структур, проблеми налаштування частоти під час ініціювання імпульсу та проблеми ефективності перетворення після генерації імпульсу. Інший підхід полягає у використанні високонелінійних волокон та застосуванні ефекту модуляційної нестабільності або ефекту ЧХВ всередині лазерного резонатора для збудження ультрависокочастотних волокон (UHRP). Поки що нам все ще потрібен більш спритний «формувальник часу».
Процес генерації надшвидкого запалювання (UHRP) шляхом введення надшвидких імпульсів для збудження дисипативного ефекту ЧШВ описується як «надшвидке запалювання». На відміну від вищезгаданої схеми штучного мікрокільцевого резонатора, яка вимагає безперервного накачування, точного налаштування розладнання для керування генерацією імпульсів та використання високонелінійних середовищ для зниження порогу ЧШВ, це «запалювання» спирається на характеристики пікової потужності надшвидких імпульсів для безпосереднього збудження ЧШВ, а після «вимкнення запалювання» досягає самопідтримуваного UHRP.
На рисунку 1 показано основний механізм досягнення самоорганізації імпульсів на основі надшвидкого початкового імпульсного збудження дисипативних волоконних кільцевих порожнин. Зовнішньо введений ультракороткий початковий імпульс (період T0, частота повторення F) служить «джерелом запалювання» для збудження потужного імпульсного поля всередині порожнини дисипації. Внутрішньоклітинний модуль посилення працює в синергії зі спектральним формувачем для перетворення енергії початкового імпульсу в гребінчасту спектральну характеристику шляхом спільного регулювання в часово-частотній області. Цей процес долає обмеження традиційного безперервного накачування: початковий імпульс вимикається, коли досягає порогу дисипації FWM, а порожнина дисипації підтримує стан самоорганізації імпульсу завдяки динамічному балансу посилення та втрат, при цьому частота повторення імпульсів становить Fs (що відповідає власній частоті FF та періоду T порожнини).
У цьому дослідженні також було проведено теоретичну перевірку. Виходячи з параметрів, прийнятих в експериментальній установці, та з 1 пснадшвидкий імпульсний лазерЯк початкове поле, було проведено числове моделювання процесу еволюції часової області та частоти імпульсу в лазерному резонаторі. Було виявлено, що імпульс пройшов три стадії: розщеплення імпульсу, періодичне коливання імпульсу та рівномірний розподіл імпульсу по всьому лазерному резонатору. Цей числовий результат також повністю підтверджує самоорганізуючі характеристикиімпульсний лазер.
Шляхом запуску ефекту чотирихвильового змішування в порожнині дисипативного волокна за допомогою надшвидкого запалювання початкового імпульсу було успішно досягнуто самоорганізованої генерації та підтримки імпульсів надвисокої частоти повторення суб-ТГц (стабільна вихідна потужність 0,5 Вт після вимкнення початкового імпульсу), що забезпечило новий тип джерела світла для поля лідара: його перечастота на рівні суб-ТГц може підвищити роздільну здатність хмари точок до міліметрового рівня. Функція самопідтримки імпульсів значно знижує споживання енергії системою. Повністю волоконна структура забезпечує високу стабільність роботи в безпечному для ока діапазоні 1,5 мкм. Заглядаючи в майбутнє, очікується, що ця технологія стимулюватиме еволюцію лідарів, встановлених на транспортних засобах, у напрямку мініатюризації (на основі мікрофільтрів MZI) та виявлення на великі відстані (збільшення потужності до > 1 Вт), а також подальшої адаптації до вимог сприйняття складних середовищ завдяки багатохвильовому скоординованому запалюванню та інтелектуальному регулюванню.
Час публікації: 08 липня 2025 р.