Pulzný laser s ultravysokou opakovacou frekvenciou
V mikroskopickom svete interakcie medzi svetlom a hmotou fungujú impulzy s ultravysokou opakovacou frekvenciou (UHRP) ako presné pravítka času – oscilujú viac ako miliardukrát za sekundu (1 GHz), zachytávajú molekulárne odtlačky rakovinových buniek v spektrálnom zobrazovaní, prenášajú obrovské množstvo údajov v optickej komunikácii a kalibrujú vlnové súradnice hviezd v teleskopoch. Najmä v skoku v detekčnej dimenzii lidaru sa terahertzové pulzné lasery s ultravysokou opakovacou frekvenciou (100 – 300 GHz) stávajú silnými nástrojmi na prenikanie interferenčnej vrstvy a pretváranie hraníc trojrozmerného vnímania s časopriestorovou manipulačnou silou na úrovni fotónov. V súčasnosti je jednou z hlavných metód na získanie optických impulzov s ultravysokou opakovacou frekvenciou použitie umelých mikroštruktúr, ako sú napríklad dutiny mikrokruhov, ktoré vyžadujú presnosť spracovania v nanorozmeroch na generovanie štvorvlnového miešania (FWM). Vedci sa zameriavajú na riešenie inžinierskych problémov pri spracovaní ultrajemných štruktúr, problém ladenia frekvencie počas iniciácie impulzu a problém účinnosti konverzie po generovaní impulzu. Ďalším prístupom je použitie vysoko nelineárnych vlákien a využitie efektu modulačnej nestability alebo efektu FWM v laserovej dutine na excitáciu UHRP. Zatiaľ stále potrebujeme obratnejší „tvarovač času“.
Proces generovania UHRP vstrekovaním ultrarýchlych impulzov na excitáciu disipačného efektu FWM sa opisuje ako „ultrarýchle zapálenie“. Na rozdiel od vyššie uvedenej schémy umelej mikrokruhovej dutiny, ktorá vyžaduje kontinuálne čerpanie, presné nastavenie rozladenia na riadenie generovania impulzov a použitie vysoko nelineárnych médií na zníženie prahu FWM, toto „zapálenie“ sa spolieha na charakteristiky špičkového výkonu ultrarýchlych impulzov na priame excitovanie FWM a po „vypnutí zapálenia“ dosahuje samoudržateľný UHRP.
Obrázok 1 znázorňuje základný mechanizmus dosiahnutia samoorganizácie impulzov na základe excitácie disipatívnych dutín vláknitých kruhov ultrarýchlymi semennými impulzmi. Externe injektovaný ultrakrátky semenný impulz (perióda T0, opakovacia frekvencia F) slúži ako „zdroj zapálenia“ na excitáciu vysokovýkonného impulzného poľa v disipačnej dutine. Vnútrobunkový modul zosilnenia pracuje v synergii so spektrálnym tvarovačom na premene energie semenného impulzu na hrebeňovitú spektrálnu odozvu prostredníctvom spoločnej regulácie v časovo-frekvenčnej doméne. Tento proces prekonáva obmedzenia tradičného kontinuálneho čerpania: semenný impulz sa vypne, keď dosiahne prahovú hodnotu FWM disipácie, a disipačná dutina udržiava samoorganizujúci sa stav impulzu prostredníctvom dynamickej rovnováhy zosilnenia a straty, pričom opakovacia frekvencia impulzov je Fs (zodpovedá vnútornej frekvencii FF a perióde T dutiny).
Táto štúdia vykonala aj teoretické overenie. Na základe parametrov použitých v experimentálnom nastavení a s časom 1 psultrarýchly pulzný laserAko východiskové pole bola vykonaná numerická simulácia procesu vývoja časovej domény a frekvencie impulzu v laserovej dutine. Zistilo sa, že impulz prešiel tromi fázami: rozdelenie impulzu, periodické kmitanie impulzu a rovnomerné rozloženie impulzu v celej laserovej dutine. Tento numerický výsledok tiež plne potvrdzuje samoorganizujúce sa charakteristiky...pulzný laser.
Spustením efektu štvorvlnného miešania v dutine disipatívneho vláknového prstenca prostredníctvom ultrarýchleho zapaľovania semenných impulzov sa úspešne dosiahlo samoorganizujúce sa generovanie a udržiavanie impulzov s ultravysokou opakovacou frekvenciou sub-THZ (stabilný výstupný výkon 0,5 W po vypnutí semenných impulzov), čím sa poskytol nový typ svetelného zdroja pre lidarové pole: Jeho refrekvencia na úrovni sub-THZ dokáže zlepšiť rozlíšenie mračna bodov na milimetrovú úroveň. Funkcia sebestačného udržiavania impulzov výrazne znižuje spotrebu energie systému. Štruktúra z vlákien zaisťuje vysokú stabilitu prevádzky v bezpečnostnom pásme pre oko 1,5 μm. Do budúcnosti sa očakáva, že táto technológia bude poháňať vývoj lidaru montovaného na vozidlá smerom k miniaturizácii (na základe mikrofiltrov MZI) a detekcii na veľké vzdialenosti (rozšírenie výkonu na > 1 W) a ďalej sa prispôsobí požiadavkám na vnímanie zložitých prostredí prostredníctvom koordinovaného zapaľovania s viacerými vlnovými dĺžkami a inteligentnej regulácie.
Čas uverejnenia: 8. júla 2025