20 femtosaniyenin altındaki görünür ışıkayarlanabilir darbeli lazer kaynağı
Son zamanlarda İngiltere'den bir araştırma ekibi, 20 femtosaniyenin altındaki ayarlanabilir megawatt seviyesinde görünür ışık ayarlanabilir bir sistem geliştirdiklerini duyuran yenilikçi bir çalışma yayınladı.darbeli lazer kaynağıBu darbeli lazer kaynağı, ultra hızlıfiber lazerSistem, ayarlanabilir dalga boylarına, çok kısa sürelere, 39 nanojoule kadar yüksek enerjilere ve 2 megawatt'ı aşan tepe gücüne sahip darbeler üretebilme kapasitesine sahip olup, ultra hızlı spektroskopi, biyolojik görüntüleme ve endüstriyel işleme gibi alanlar için yepyeni uygulama olanakları açmaktadır.
Bu teknolojinin temel özelliği, iki son teknoloji yöntemin birleşiminde yatmaktadır: "Kazanç Yönetimli Doğrusal Olmayan Amplifikasyon (GMNA)" ve "Rezonans Dağıtıcı Dalga (RDW) emisyonu". Geçmişte, bu kadar yüksek performanslı ayarlanabilir ultra kısa darbeler elde etmek için genellikle pahalı ve karmaşık titanyum-safir lazerler veya optik parametrik amplifikatörler gerekiyordu. Bu cihazlar yalnızca maliyetli, hantal ve bakımı zor olmakla kalmıyor, aynı zamanda düşük tekrarlama oranları ve ayar aralıklarıyla da sınırlıydı. Bu sefer geliştirilen tamamen fiber çözüm, yalnızca sistem mimarisini önemli ölçüde basitleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda maliyetleri ve karmaşıklığı da büyük ölçüde azaltıyor. 4,8 MHz'lik yüksek tekrarlama frekansında 400 ila 700 nanometreye ve ötesine ayarlanabilen, 20 femtosaniyenin altındaki yüksek güçlü darbelerin doğrudan üretilmesini sağlıyor. Araştırma ekibi, bu atılımı hassas bir şekilde tasarlanmış bir sistem mimarisiyle başardı. Öncelikle, tohum kaynağı olarak doğrusal olmayan amplifikasyon halka aynası (NALM) temelli tam polarizasyon koruyan mod kilitli iterbiyum fiber osilatör kullandılar. Bu tasarım yalnızca sistemin uzun vadeli kararlılığını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda fiziksel doymuş soğurucuların bozulma sorununu da önler. Ön amplifikasyon ve darbe sıkıştırmasından sonra, tohum darbeleri GMNA aşamasına sokulur. GMNA, spektral genişleme elde etmek ve neredeyse mükemmel doğrusal cıvıltıya sahip ultra kısa darbeler üretmek için optik fiberlerde kendi faz modülasyonunu ve uzunlamasına asimetrik kazanç dağılımını kullanır ve bunlar nihayetinde kafes çiftleri aracılığıyla 40 femtosaniyenin altına sıkıştırılır. RDW üretim aşaması sırasında, araştırmacılar kendi tasarladıkları ve ürettikleri dokuz rezonatörlü anti-rezonans içi boş çekirdekli fiberler kullandılar. Bu tür optik fiber, pompa darbe bandında ve görünür ışık bölgesinde son derece düşük kayba sahiptir ve enerjinin pompadan dağılmış dalgaya verimli bir şekilde dönüştürülmesini ve yüksek kayıplı rezonans bandının neden olduğu girişimden kaçınılmasını sağlar. Optimum koşullar altında, sistem tarafından üretilen dispersiyon dalgası darbe enerjisi 39 nanojoule'a ulaşabilir, en kısa darbe genişliği 13 femtosaniyeye ulaşabilir, tepe gücü 2,2 megawatt kadar yüksek olabilir ve enerji dönüşüm verimliliği %13 kadar yüksek olabilir. Daha da heyecan verici olanı, gaz basıncı ve fiber parametreleri ayarlanarak sistemin ultraviyole ve kızılötesi bantlara kolayca genişletilebilmesi ve derin ultraviyoleden kızılötesine kadar geniş bant ayarı elde edilebilmesidir.
Bu araştırma yalnızca fotonik temel alanında önemli bir öneme sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda endüstriyel ve uygulama alanları için yeni bir durum da açmaktadır. Örneğin, çok fotonlu mikroskopi görüntüleme, ultra hızlı zaman çözünürlüklü spektroskopi, malzeme işleme, hassas tıp ve ultra hızlı doğrusal olmayan optik araştırmaları gibi alanlarda, bu kompakt, verimli ve düşük maliyetli yeni tip ultra hızlı ışık kaynağı kullanıcılara benzeri görülmemiş araçlar ve esneklik sağlayacaktır. Özellikle yüksek tekrarlama oranları, tepe gücü ve ultra kısa darbeler gerektiren senaryolarda, bu teknoloji şüphesiz daha rekabetçidir ve geleneksel titanyum-safir veya optik parametrik amplifikasyon sistemlerine kıyasla daha büyük tanıtım potansiyeline sahiptir.
Gelecekte araştırma ekibi, mevcut mimariyi birden fazla serbest uzay optik bileşeni içeren optik fiberlere entegre etmek veya hatta mevcut osilatör ve amplifikatör kombinasyonunu değiştirmek için tek bir Mamyshev osilatörü kullanmak gibi sistemi daha da optimize etmeyi planlıyor, böylece sistemin minyatürleştirilmesi ve entegrasyonu sağlanıyor. Ayrıca, farklı tipteki anti-rezonans fiberlere adapte olarak, Raman aktif gazları ve frekans iki katına çıkarma modülleri eklenerek, bu sistemin daha geniş bir bant genişliğine genişletilmesi ve ultraviyole, görünür ışık ve kızılötesi gibi birden fazla alan için tüm fiber, geniş bant, ultra hızlı lazer çözümleri sağlanması bekleniyor.
Şekil 1. Darbeli lazerin ayarlanmasının şematik diyagramı
Gönderi zamanı: 28-Mayıs-2025