Sýnilegt ljós undir 20 femtósekúndumstillanleg púlsuð leysigeislagjafi
Nýlega birti rannsóknarteymi frá Bretlandi nýstárlega rannsókn þar sem þeim hefur tekist að þróa stillanlegt sýnilegt ljós með stillanlegu magni á megavattastigi undir 20 femtósekúndum.púlsað leysigeislagjafiÞessi púlsað leysigeisli, ofurhraðurtrefjalaserKerfið er fært um að mynda púlsa með stillanlegum bylgjulengdum, afar stuttum tíma, orku allt að 39 nanójúl og hámarksafl yfir 2 megavöttum, sem opnar fyrir glænýjar notkunarmöguleika á sviðum eins og ofurhraðri litrófsgreiningu, líffræðilegri myndgreiningu og iðnaðarvinnslu.
Helsta einkenni þessarar tækni liggur í samsetningu tveggja háþróaðra aðferða: „Gain-Managed nonlinear Amplification (GMNA)“ og „Resonant Dispersive Wave (RDW) emission“. Áður fyrr þurfti yfirleitt dýra og flókna títan-safír leysigeisla eða ljósleiðaramagnara til að fá svona afkastamikla, stillanlega úlfástu púlsa. Þessi tæki voru ekki aðeins dýr, fyrirferðarmikil og erfið í viðhaldi, heldur einnig takmörkuð af lágum endurtekningartíðni og stillingarsviðum. Þessi lausn, sem þróuð var að þessu sinni, einföldaði ekki aðeins kerfisarkitektúrinn verulega heldur dregur einnig úr kostnaði og flækjustigi til muna. Hún gerir kleift að mynda beint púlsa undir 20 femtósekúndum, stillanlega í 400 til 700 nanómetra og meira, með háaflspúlsum við háa endurtekningartíðni upp á 4,8 MHz. Rannsóknarhópurinn náði þessari byltingu með nákvæmlega hönnuðum kerfisarkitektúr. Í fyrsta lagi notuðu þeir fullkomlega skautunarvarðveittan, stillanlegan ytterbíum trefjasveiflara, byggðan á ólínulegum magnunarhringspegli (NALM) sem frægjafa. Þessi hönnun tryggir ekki aðeins langtímastöðugleika kerfisins, heldur kemur einnig í veg fyrir niðurbrotsvandamál vegna mettaðra gleypibylgna. Eftir forsmögnun og púlsþjöppun eru fræpúlsarnir færðir inn í GMNA-stigið. GMNA notar sjálffasa mótun og ósamhverfa lengdarhagnaðardreifingu í ljósleiðurum til að ná fram litrófsvíkkun og mynda örstutta púlsa með næstum fullkomnu línulegu kvitri, sem að lokum eru þjappaðir niður í undir 40 femtósekúndur í gegnum rifapör. Á RDW-framleiðslustiginu notuðu vísindamennirnir sjálfhönnuðu og framleiddu níu-ómsveiflu holkjarna trefjar. Þessi tegund ljósleiðara hefur afar lítið tap í dælupúlsbandinu og sýnilega ljóssvæðinu, sem gerir kleift að umbreyta orkunni á skilvirkan hátt frá dælubylgjunni í dreifða bylgjuna og forðast truflanir af völdum hátapsómbandsins. Við bestu aðstæður getur orkuframleiðsla dreifibylgjupúlssins frá kerfinu náð 39 nanójúlum, stysta púlsbreidd getur náð 13 femtosekúndum, hámarksafl getur verið allt að 2,2 megavött og orkunýtingin getur verið allt að 13%. Enn spennandi er að með því að stilla gasþrýsting og trefjabreytur er auðvelt að útvíkka kerfið yfir á útfjólubláa og innrauða böndin og ná fram breiðbandsstillingu frá djúpu útfjólubláu yfir í innrautt.
Þessi rannsókn hefur ekki aðeins mikla þýðingu á grunnsviði ljósfræði, heldur opnar hún einnig nýjar aðstæður fyrir iðnaðar- og notkunarsvið. Til dæmis, á sviðum eins og fjölfótóna smásjármyndgreiningu, ofurhröðum tímabundnum litrófsgreiningum, efnisvinnslu, nákvæmnislæknisfræði og ofurhröðum ólínulegum ljósfræðirannsóknum, mun þessi nýja gerð af ofurhröðum ljósgjafa veita notendum fordæmalaus verkfæri og sveigjanleika. Sérstaklega í aðstæðum sem krefjast mikillar endurtekningartíðni, hámarksafls og ofurstuttra púlsa, er þessi tækni án efa samkeppnishæfari og hefur meiri möguleika á kynningu samanborið við hefðbundin títan-safír eða ljósfræðileg breytumagnunarkerfi.
Í framtíðinni hyggst rannsóknarhópurinn fínstilla kerfið enn frekar, svo sem með því að samþætta núverandi arkitektúr sem inniheldur marga ljósleiðara í frjálsu rými í ljósleiðara, eða jafnvel nota einn Mamyshev-sveiflara til að koma í stað núverandi sveiflara og magnara, til að ná fram smækkun og samþættingu kerfisins. Að auki, með því að aðlagast mismunandi gerðum af and-ómsveiflum, kynna Raman-virk gas og tíðnitvöföldunareiningar, er gert ráð fyrir að þetta kerfi verði stækkað í breiðara band og bjóða upp á alhliða, breiðbands, ofurhraðar leysilausnir fyrir fjölbreytt svið eins og útfjólublátt ljós, sýnilegt ljós og innrautt ljós.
Mynd 1. Skýringarmynd af stillingu púlsleysigeislans
Birtingartími: 28. maí 2025