Laser pulsat cu rată de repetiție ultra-înaltă

Laser pulsat cu rată de repetiție ultra-înaltă

În lumea microscopică a interacțiunii dintre lumină și materie, impulsurile cu rată de repetiție ultra-înaltă (UHRP) acționează ca niște conducători preciși ai timpului - acestea oscilează de peste un miliard de ori pe secundă (1 GHz), captând amprentele moleculare ale celulelor canceroase în imagistica spectrală, transportând cantități masive de date în comunicațiile prin fibră optică și calibrează coordonatele lungimii de undă ale stelelor în telescoape. Mai ales în saltul dimensiunii de detecție a lidarului, laserele pulsate cu rată de repetiție ultra-înaltă de teraherți (100-300 GHz) devin instrumente puternice pentru a penetra stratul de interferență, remodelând limitele percepției tridimensionale cu puterea de manipulare spatiotemporală la nivel de foton. În prezent, utilizarea microstructurilor artificiale, cum ar fi cavitățile micro-inelare care necesită precizie de procesare la nanoscală pentru a genera amestecare în patru unde (FWM), este una dintre principalele metode de obținere a impulsurilor optice cu rată de repetiție ultra-înaltă. Oamenii de știință se concentrează pe rezolvarea problemelor inginerești în procesarea structurilor ultrafine, problema reglării frecvenței în timpul inițierii impulsurilor și problema eficienței conversiei după generarea impulsurilor. O altă abordare este utilizarea fibrelor cu un grad ridicat de neliniare și utilizarea efectului de instabilitate a modulației sau efectul FWM din cavitatea laserului pentru a excita UHRP-uri. Până acum, avem nevoie de un „modelator de timp” mai abil.

Procesul de generare a UHRP prin injectarea de impulsuri ultrarapide pentru a excita efectul FWM disipativ este descris ca „aprindere ultrarapidă”. Spre deosebire de schema cavității artificiale cu microinele menționată mai sus, care necesită pompare continuă, reglarea precisă a dezacordului pentru a controla generarea impulsurilor și utilizarea unor medii extrem de neliniare pentru a reduce pragul FWM, această „aprindere” se bazează pe caracteristicile de putere de vârf ale impulsurilor ultrarapide pentru a excita direct FWM, iar după „oprirea aprinderii”, se obține UHRP auto-susținută.

Figura 1 ilustrează mecanismul principal de realizare a auto-organizării impulsurilor bazat pe excitația ultrarapidă a impulsurilor de însămânțare a cavităților inelare cu fibre disipative. Impulsul de însămânțare ultrascurt injectat extern (perioada T0, frecvența de repetiție F) servește drept „sursă de aprindere” pentru a excita un câmp de impulsuri de mare putere în cavitatea de disipare. Modulul de amplificare intracelulară funcționează în sinergie cu modelatorul spectral pentru a converti energia impulsului de însămânțare într-un răspuns spectral în formă de pieptene prin reglarea articulației în domeniul timp-frecvență. Acest proces depășește limitele pompării continue tradiționale: impulsul de însămânțare se oprește atunci când atinge pragul FWM de disipare, iar cavitatea de disipare menține starea de auto-organizare a impulsului prin echilibrul dinamic dintre amplificare și pierdere, frecvența de repetiție a impulsului fiind Fs (corespunzătoare frecvenței intrinseci FF și perioadei T a cavității).

Acest studiu a efectuat și o verificare teoretică. Pe baza parametrilor adoptați în configurația experimentală și cu o valoare de 1pslaser cu impulsuri ultrarapideCa câmp inițial, s-a efectuat o simulare numerică a procesului de evoluție a domeniului temporal și a frecvenței impulsului în cavitatea laser. S-a constatat că impulsul a trecut prin trei etape: divizarea impulsului, oscilația periodică a impulsului și distribuția uniformă a impulsului în întreaga cavitate laser. Acest rezultat numeric verifică, de asemenea, pe deplin caracteristicile de autoorganizare alelaser cu impulsuri.

Prin declanșarea efectului de amestecare în patru unde în cavitatea inelului de fibră disipativă prin aprinderea ultrarapidă a impulsurilor de însămânțare, s-au realizat cu succes generarea și menținerea auto-organizată a impulsurilor cu frecvență de repetiție ultra-înaltă sub-THZ (putere stabilă de 0,5 W după oprirea impulsurilor), oferind un nou tip de sursă de lumină pentru câmpul lidar: frecvența sa de refracție sub-THZ poate îmbunătăți rezoluția norului de puncte până la nivel milimetric. Caracteristica de auto-susținere a impulsurilor reduce semnificativ consumul de energie al sistemului. Structura integrală din fibră asigură o funcționare cu stabilitate ridicată în banda de siguranță a ochilor de 1,5 μm. Privind spre viitor, se așteaptă ca această tehnologie să conducă evoluția lidarului montat pe vehicule către miniaturizare (bazată pe microfiltre MZI) și detectare pe distanțe lungi (extinderea puterii la > 1W) și să se adapteze în continuare la cerințele de percepție ale mediilor complexe prin aprindere coordonată pe lungimi de undă multiple și reglare inteligentă.