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 sistemi başarıyla geliştirdiklerini duyuran yenilikçi bir çalışma yayınladı.darbeli lazer kaynağıBu darbeli lazer kaynağı, ultra hızlıfiber lazerSistem, ayarlanabilir dalga boylarına, ultra 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 sunmaktadır.
Bu teknolojinin temel özelliği, iki ileri teknoloji yönteminin bir araya getirilmesinde 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, 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 nanometre ve ötesine ayarlanabilen, 20 femtosaniyenin altındaki yüksek güçlü darbelerin doğrudan üretilmesini sağlıyor. Araştırma ekibi, bu atılımı hassas bir şekilde tasarlanmış bir sistem mimarisi sayesinde başardı. İlk olarak, tohum kaynağı olarak doğrusal olmayan amplifikasyon halka aynası (NALM) tabanlı, tamamen polarizasyon koruyan, mod kilitli iterbiyum fiber osilatör kullandılar. Bu tasarım, sistemin uzun vadeli kararlılığını sağlamanın yanı sıra, fiziksel olarak doymuş soğurucuların bozulma sorununu da ortadan kaldırır. Ön amplifikasyon ve darbe sıkıştırma işleminden sonra, tohum darbeleri GMNA aşamasına sokulur. GMNA, spektral genişleme elde etmek ve neredeyse mükemmel doğrusal cıvıltıya sahip ultra kısa darbeler üretmek için optik fiberlerde öz faz modülasyonu ve uzunlamasına asimetrik kazanç dağılımını kullanır; bu darbeler nihayetinde ızgara çiftleri aracılığıyla 40 femtosaniyenin altına sıkıştırılır. RDW üretim aşamasında, araştırmacılar kendi tasarlayıp ürettikleri dokuz rezonatörlü anti-rezonans içi boş çekirdekli fiberler kullandılar. Bu tür optik fiberler, pompa darbe bandında ve görünür ışık bölgesinde son derece düşük kayba sahiptir ve bu da enerjinin pompadan dağılmış dalgaya verimli bir şekilde dönüştürülmesini ve yüksek kayıplı rezonans bandının neden olduğu girişimin önlenmesini sağlar. Optimum koşullar altında, sistem tarafından üretilen dispersiyon dalgası darbe enerjisi 39 nanojoule'e, en kısa darbe genişliği 13 femtosaniyeye, tepe gücü 2,2 megawatt'a ve enerji dönüşüm verimliliği %13'e kadar ulaşabilir. 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, fotonik biliminin temel alanında önemli bir öneme sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda endüstriyel ve uygulama alanları için de yeni bir alan 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 benzersiz 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 bir tanıtım potansiyeline sahiptir.
Araştırma ekibi, gelecekte sistemi daha da optimize etmeyi planlıyor. Örneğin, birden fazla serbest uzay optik bileşeni içeren mevcut mimariyi optik fiberlere entegre ederek veya mevcut osilatör ve amplifikatör kombinasyonunun yerine tek bir Mamyshev osilatörü kullanarak sistemin minyatürleştirilmesini ve entegrasyonunu sağlamayı hedefliyor. Ayrıca, farklı anti-rezonans fiber tiplerine uyum sağlayarak, Raman aktif gazları ve frekans iki katına çıkarma modülleri ekleyerek, bu sistemin daha geniş bir bant aralığına genişletilmesi ve ultraviyole, görünür ışık ve kızılötesi gibi çeşitli alanlar için tamamen fiber, geniş bant ve ultra hızlı lazer çözümleri sağlaması bekleniyor.
Şekil 1. Darbeli lazerin ayarlanmasının şematik diyagramı
Gönderim zamanı: 28 Mayıs 2025