Viditeľné svetlo s vlnovou dĺžkou pod 20 femtosekundladiteľný pulzný laserový zdroj
Výskumný tím z Veľkej Británie nedávno publikoval inovatívnu štúdiu, v ktorej oznámil, že úspešne vyvinul laditeľný zdroj viditeľného svetla s výkonom pod 20 femtosekundami na úrovni megawattov.pulzný laserový zdrojTento pulzný laserový zdroj, ultrarýchlyvláknový laserSystém je schopný generovať impulzy s laditeľnými vlnovými dĺžkami, ultrakrátkym trvaním, energiami až 39 nanojoulov a špičkovým výkonom presahujúcim 2 megawatty, čo otvára úplne nové aplikačné perspektívy v oblastiach ako ultrarýchla spektroskopia, biologické zobrazovanie a priemyselné spracovanie.
Hlavným prvkom tejto technológie je kombinácia dvoch špičkových metód: „nelineárneho zosilnenia s riadeným ziskom (GMNA)“ a „emisie rezonančných disperzných vĺn (RDW)“. V minulosti boli na získanie takýchto vysoko výkonných laditeľných ultrakrátkych impulzov zvyčajne potrebné drahé a zložité titán-zafírové lasery alebo optické parametrické zosilňovače. Tieto zariadenia boli nielen nákladné, objemné a ťažko udržiavateľné, ale boli tiež obmedzené nízkymi opakovacími frekvenciami a ladiacimi rozsahmi. Riešenie s využitím vlákien, ktoré bolo vyvinuté tentoraz, nielen výrazne zjednodušuje architektúru systému, ale tiež výrazne znižuje náklady a zložitosť. Umožňuje priame generovanie vysokovýkonných impulzov s trvaním pod 20 femtosekund, laditeľných na 400 až 700 nanometrov a viac, pri vysokej opakovacej frekvencii 4,8 MHz. Výskumný tím dosiahol tento prelom vďaka precízne navrhnutej architektúre systému. Po prvé, ako zdroj semien využili plne polarizačne zachovávajúci módovo synchronizovaný yterbiový vláknový oscilátor založený na nelineárnom zosilňovacom kruhovom zrkadle (NALM). Táto konštrukcia nielen zaisťuje dlhodobú stabilitu systému, ale tiež zabraňuje problému s degradáciou fyzikálnych nasýtených absorbérov. Po predzosilnení a kompresii impulzov sa počiatočné impulzy privádzajú do fázy GMNA. GMNA využíva fázovú moduláciu s vlastnou fázou a pozdĺžne asymetrické rozloženie zisku v optických vláknach na dosiahnutie spektrálneho rozšírenia a generovanie ultrakrátkych impulzov s takmer dokonalým lineárnym cvrlikaním, ktoré sú nakoniec skomprimované na menej ako 40 femtosekúnd prostredníctvom mriežkových párov. Počas fázy generovania RDW výskumníci použili vlastne navrhnuté a vyrobené deväťrezonančné antirezonančné duté vlákna. Tento typ optického vlákna má extrémne nízke straty v pásme čerpacích impulzov a oblasti viditeľného svetla, čo umožňuje efektívnu konverziu energie z čerpacej vlny na rozptýlenú vlnu a zabraňuje interferencii spôsobenej rezonančným pásmom s vysokými stratami. Za optimálnych podmienok môže energia impulzov disperznej vlny vydaná systémom dosiahnuť 39 nanojoulov, najkratšia šírka impulzu môže dosiahnuť 13 femtosekúnd, špičkový výkon môže byť až 2,2 megawattu a účinnosť premeny energie môže byť až 13 %. Ešte zaujímavejšie je, že nastavením tlaku plynu a parametrov vlákna je možné systém ľahko rozšíriť na ultrafialové a infračervené pásma, čím sa dosiahne širokopásmové ladenie od hlbokého ultrafialového po infračervené.
Tento výskum má nielen významný význam v základnej oblasti fotoniky, ale otvára aj nové možnosti pre priemyselné a aplikačné oblasti. Napríklad v oblastiach, ako je zobrazovanie pomocou multifotónovej mikroskopie, ultrarýchla časovo rozlíšená spektroskopia, spracovanie materiálov, presná medicína a výskum ultrarýchlej nelineárnej optiky, tento kompaktný, efektívny a lacný nový typ ultrarýchleho svetelného zdroja poskytne používateľom bezprecedentné nástroje a flexibilitu. Najmä v scenároch, ktoré vyžadujú vysoké opakovacie frekvencie, špičkový výkon a ultrakrátke impulzy, je táto technológia nepochybne konkurencieschopnejšia a má väčší propagačný potenciál v porovnaní s tradičnými titán-zafírovými alebo optickými parametrickými zosilňovacími systémami.
V budúcnosti plánuje výskumný tím systém ďalej optimalizovať, napríklad integráciou súčasnej architektúry, ktorá obsahuje viacero optických komponentov s voľným priestorom, do optických vlákien, alebo dokonca použitím jediného Mamyshevovho oscilátora, ktorý nahradí súčasnú kombináciu oscilátora a zosilňovača, s cieľom dosiahnuť miniaturizáciu a integráciu systému. Okrem toho sa očakáva, že prispôsobením sa rôznym typom antirezonančných vlákien, zavedením Ramanových aktívnych plynov a modulov na zdvojnásobenie frekvencie sa tento systém rozšíri do širšieho pásma a poskytne tak celovláknové, širokopásmové, ultrarýchle laserové riešenia pre viacero oblastí, ako je ultrafialové, viditeľné svetlo a infračervené žiarenie.
Obrázok 1. Schematický diagram ladenia pulzného laseru
Čas uverejnenia: 28. mája 2025