20 femtosaniyenin altındaki görünür ışıkayarlanabilir darbeli lazer kaynağı
Yakın zamanda, İngiltere'den bir araştırma ekibi, megawatt seviyesinde ayarlanabilir, 20 femtosaniyenin altında zaman aralığına sahip görünür ışıkla ayarlanabilen bir sistem geliştirdiklerini duyuran yenilikçi bir çalışma yayınladı.darbeli lazer kaynağıBu darbeli lazer kaynağı, ultra hızlıdır.fiber lazerSistem, ayarlanabilir dalga boylarına, ultra kısa sürelere, 39 nanojoule'e 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 sunmaktadır.
Bu teknolojinin en önemli özelliği, iki son teknoloji yönteminin birleşiminde yatmaktadır: “Kazanç Yönetimli Doğrusal Olmayan Amplifikasyon (GMNA)” ve “Rezonans Dağılımlı 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 yükselticiler gerekiyordu. Bu cihazlar sadece maliyetli, hantal ve bakımı zor olmakla kalmıyor, aynı zamanda düşük tekrarlama hızları ve ayar aralıklarıyla da sınırlıydı. Bu kez geliştirilen tamamen fiber optik çözüm, sistem mimarisini önemli ölçüde basitleştirmenin yanı sıra maliyetleri ve karmaşıklığı da büyük ölçüde azaltıyor. 4,8 MHz'lik yüksek tekrarlama frekansında, 20 femtosaniyenin altında, 400 ila 700 nanometre ve ötesinde ayarlanabilir yüksek güçlü darbelerin doğrudan üretilmesini sağlıyor. Araştırma ekibi bu atılımı, hassas bir şekilde tasarlanmış sistem mimarisi sayesinde gerçekleştirdi. Öncelikle, tohum kaynağı olarak doğrusal olmayan yükseltme halka aynası (NALM) tabanlı, tamamen polarizasyon koruyucu mod kilitli iterbiyum fiber osilatör kullandılar. Bu tasarım, sistemin uzun vadeli kararlılığını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda fiziksel olarak doymuş soğurucuların bozulma sorununu da önler. Ön yükseltme ve darbe sıkıştırmasından sonra, tohum darbeleri GMNA aşamasına verilir. GMNA, spektral genişlemeyi sağlamak ve neredeyse mükemmel doğrusal çirp ile ultra kısa darbeler üretmek için optik fiberlerde kendi kendine faz modülasyonu ve boyuna asimetrik kazanç dağılımını kullanır; bu darbeler nihayetinde ızgara çiftleri aracılığıyla 40 femtosaniyenin altına sıkıştırılır. RDW üretim aşamasında, 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; bu da enerjinin pompadan dağılmış dalgaya verimli bir şekilde dönüştürülmesini ve yüksek kayıplı rezonans bandının neden olduğu girişimin önlenmesini sağlar. En uygun koşullar altında, sistem tarafından üretilen dağılım dalgası darbe enerjisi 39 nanojoule'e, en kısa darbe genişliği 13 femtosaniyeye, tepe gücü 2,2 megavata ve enerji dönüşüm verimliliği %13'e kadar ulaşabilir. Daha da heyecan verici olanı ise, gaz basıncı ve fiber parametreleri ayarlanarak sistemin ultraviyole ve kızılötesi bantlara kolayca genişletilebilmesi ve derin ultraviyoleden kızılötesine kadar geniş bant ayarı sağlanabilmesidir.
Bu araştırma, yalnızca fotonik alanının temellerinde önemli bir yere sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda endüstriyel ve uygulama alanları için de yeni bir durum yaratmaktadır. Örneğin, çok fotonlu mikroskopi görüntüleme, ultra hızlı zaman çözümlü 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, geleneksel titanyum-safir veya optik parametrik yükseltme sistemlerine kıyasla şüphesiz daha rekabetçi ve daha büyük bir yaygınlaştırma potansiyeline sahiptir.
Gelecekte, araştırma ekibi, sistemin minyatürleştirilmesi ve entegrasyonunu sağlamak amacıyla, mevcut çoklu serbest uzay optik bileşenlerini içeren mimariyi optik fiberlere entegre etmek veya mevcut osilatör ve amplifikatör kombinasyonunun yerine tek bir Mamyshev osilatörü kullanmak gibi sistemi daha da optimize etmeyi planlıyor. Ayrıca, farklı tipte anti-rezonans fiberlere uyum sağlayarak, Raman aktif gazları ve frekans ikiye katlama modülleri ekleyerek, bu sistemin daha geniş bir bant genişliğine genişletilmesi ve ultraviyole, görünür ışık ve kızılötesi gibi çeşitli alanlar için tamamen fiber tabanlı, geniş bantlı, ultra hızlı lazer çözümleri sağlaması bekleniyor.
Şekil 1. Darbeli lazerin ayarlanmasının şematik diyagramı
Yayın tarihi: 28 Mayıs 2025