Ultra yüksek tekrarlama oranlı darbeli lazer
Işık ve madde arasındaki etkileşimin mikroskobik dünyasında, ultra yüksek tekrarlama oranlı darbeler (UHRP'ler) zamanın hassas cetvelleri olarak işlev görür; saniyede bir milyardan fazla kez (1 GHz) salınır, spektral görüntülemede kanser hücrelerinin moleküler parmak izlerini yakalar, optik fiber iletişimde büyük miktarda veri taşır ve teleskoplarda yıldızların dalga boyu koordinatlarını kalibre eder. Özellikle lidarın algılama boyutunun sıçramasında, terahertz ultra yüksek tekrarlama oranlı darbeli lazerler (100-300 GHz), girişim katmanını delerek, foton düzeyindeki uzaysal-zamansal manipülasyon gücüyle üç boyutlu algının sınırlarını yeniden şekillendiren güçlü araçlar haline geliyor. Şu anda, dört dalga karışımı (FWM) oluşturmak için nanoskala işleme doğruluğu gerektiren mikro halka boşlukları gibi yapay mikro yapıların kullanılması, ultra yüksek tekrarlama oranlı optik darbeler elde etmenin ana yöntemlerinden biridir. Bilim insanları, ultra ince yapıların işlenmesindeki mühendislik problemlerini, darbe başlatma sırasındaki frekans ayarlama problemini ve darbe üretimi sonrasındaki dönüşüm verimliliği problemini çözmeye odaklanıyor. Bir diğer yaklaşım ise, yüksek doğrusal olmayan fiberler kullanmak ve lazer boşluğu içindeki modülasyon kararsızlığı etkisinden veya FWM etkisinden yararlanarak UHRP'leri uyarmak. Şimdiye kadar, daha becerikli bir "zaman şekillendiriciye" ihtiyacımız var.
Dağıtıcı FWM etkisini uyarmak için ultra hızlı darbeler enjekte ederek UHRP üretme süreci "ultra hızlı ateşleme" olarak tanımlanır. Yukarıda bahsedilen, sürekli pompalama, darbe üretimini kontrol etmek için hassas ayar sapması ve FWM eşiğini düşürmek için yüksek doğrusal olmayan ortam kullanımı gerektiren yapay mikro halka boşluk şemasından farklı olarak, bu "ateşleme", FWM'yi doğrudan uyarmak için ultra hızlı darbelerin tepe güç özelliklerine dayanır ve "ateşleme kapalı" olduktan sonra kendi kendini sürdüren bir UHRP elde edilir.
Şekil 1, dağıtıcı fiber halka boşluklarının ultra hızlı tohum darbesi uyarımına dayalı darbe öz-organizasyonunu elde etmenin temel mekanizmasını göstermektedir. Dışarıdan enjekte edilen ultra kısa tohum darbesi (periyot T0, tekrarlama frekansı F), dağıtım boşluğu içinde yüksek güçlü bir darbe alanı oluşturmak için "ateşleme kaynağı" görevi görür. Hücre içi kazanç modülü, zaman-frekans alanındaki ortak düzenleme yoluyla tohum darbesi enerjisini tarak şeklinde bir spektral tepkiye dönüştürmek için spektral şekillendirici ile sinerji içinde çalışır. Bu süreç, geleneksel sürekli pompalamanın sınırlamalarını aşar: tohum darbesi, dağıtım FWM eşiğine ulaştığında kapanır ve dağıtım boşluğu, kazanç ve kaybın dinamik dengesi aracılığıyla darbenin öz-organizasyon durumunu korur; darbe tekrarlama frekansı Fs'dir (boşluğun içsel frekansı FF ve periyodu T'ye karşılık gelir).
Bu çalışmada teorik doğrulama da yapılmıştır. Deneysel kurulumda benimsenen parametrelere ve 1ps'lik bir hesaplamaya dayanarakultra hızlı darbeli lazerBaşlangıç alanı olarak, darbenin zaman alanı ve frekansının lazer boşluğu içindeki evrim süreci üzerinde sayısal bir simülasyon gerçekleştirildi. Darbenin üç aşamadan geçtiği bulundu: darbe bölünmesi, darbe periyodik salınımı ve tüm lazer boşluğu boyunca darbenin düzgün dağılımı. Bu sayısal sonuç aynı zamanda darbenin kendi kendini organize etme özelliklerini de tam olarak doğrulamaktadır.darbeli lazer.
Dağıtıcı fiber halka boşluğunda ultra hızlı tohum darbesi ateşlemesi ile dört dalga karıştırma etkisinin tetiklenmesiyle, alt THZ ultra yüksek tekrarlama frekansı darbelerinin (tohum kapandıktan sonra 0,5 W gücünde kararlı çıkış) kendi kendini organize eden üretimi ve bakımı başarıyla sağlandı ve lidar alanı için yeni bir ışık kaynağı türü sağlandı: Alt THZ seviyesindeki refrekansı, nokta bulutu çözünürlüğünü milimetre seviyesine kadar artırabilir. Darbe kendi kendini sürdürme özelliği, sistemin enerji tüketimini önemli ölçüde azaltır. Tamamen fiber yapı, 1,5 μm göz güvenlik bandında yüksek kararlılıkta çalışma sağlar. Geleceğe bakıldığında, bu teknolojinin araç üstü lidarın minyatürleşmeye (MZI mikro filtrelerine dayalı) ve uzun menzilli algılamaya (güç genişlemesi > 1 W) doğru evrimini yönlendirmesi ve çok dalga boylu koordineli ateşleme ve akıllı düzenleme yoluyla karmaşık ortamların algılama gereksinimlerine daha fazla uyum sağlaması bekleniyor.
Gönderi zamanı: 08 Temmuz 2025