Lejżer pulsat b'rata ta' ripetizzjoni ultra-għolja

Lejżer pulsat b'rata ta' ripetizzjoni ultra-għolja

Fid-dinja mikroskopika tal-interazzjoni bejn id-dawl u l-materja, impulsi b'rata ta' ripetizzjoni ultra-għolja (UHRPs) jaġixxu bħala ħakkiema preċiżi tal-ħin – joxxillaw aktar minn biljun darba kull sekonda (1GHz), jaqbdu l-marki tas-swaba' molekulari taċ-ċelloli tal-kanċer fl-immaġini spettrali, iġorru ammonti massivi ta' dejta fil-komunikazzjoni tal-fibra ottika, u jikkalibraw il-koordinati tat-tul tal-mewġ tal-istilel fit-teleskopji. Speċjalment fil-qabża tad-dimensjoni tad-detezzjoni tal-lidar, lejżers pulsati b'rata ta' ripetizzjoni ultra-għolja ta' terahertz (100-300 GHz) qed isiru għodod qawwija biex jippenetraw is-saff ta' interferenza, u jsawru mill-ġdid il-konfini tal-perċezzjoni tridimensjonali bil-qawwa tal-manipulazzjoni spazjotemporali fil-livell tal-foton. Fil-preżent, l-użu ta' mikrostrutturi artifiċjali, bħal kavitajiet ta' mikro-ċrieki li jeħtieġu preċiżjoni tal-ipproċessar fuq in-nanoskala biex jiġġeneraw taħlit ta' erba' mewġ (FWM), huwa wieħed mill-metodi ewlenin biex jinkisbu impulsi ottiċi b'rata ta' ripetizzjoni ultra-għolja. Ix-xjentisti qed jiffokaw fuq is-soluzzjoni tal-problemi tal-inġinerija fl-ipproċessar ta' strutturi ultra-fini, il-problema tal-irfinar tal-frekwenza waqt l-inizjazzjoni tal-impuls, u l-problema tal-effiċjenza tal-konverżjoni wara l-ġenerazzjoni tal-impuls. Approċċ ieħor huwa li jintużaw fibri mhux lineari ħafna u jiġi utilizzat l-effett ta' instabbiltà tal-modulazzjoni jew l-effett FWM fil-kavità tal-lejżer biex jiġu eċċitati l-UHRPs. S'issa, għad għandna bżonn "time shaper" aktar dexteru.

Il-proċess tal-ġenerazzjoni tal-UHRP billi jiġu injettati impulsi ultraveloċi biex jiġi eċċitat l-effett dissipativ tal-FWM huwa deskritt bħala "tqabbid ultraveloċi". Differenti mill-iskema tal-kavità tal-mikroċirku artifiċjali msemmija hawn fuq li teħtieġ ippumpjar kontinwu, aġġustament preċiż tad-detuning biex tikkontrolla l-ġenerazzjoni tal-impulsi, u l-użu ta' mezzi mhux lineari ħafna biex tnaqqas il-limitu tal-FWM, dan it-"tqabbid" jiddependi fuq il-karatteristiċi tal-qawwa massima tal-impulsi ultraveloċi biex jeċitaw direttament l-FWM, u wara t-"tfija tat-tqabbid", jinkiseb UHRP awtosostenibbli.

Il-Figura 1 turi l-mekkaniżmu ewlieni biex tinkiseb l-awtoorganizzazzjoni tal-polz ibbażata fuq l-eċitazzjoni ultraveloċi tal-polz taż-żerriegħa tal-kavitajiet taċ-ċrieki tal-fibra dissipativa. Il-polz taż-żerriegħa ultraqasir injettat esternament (perjodu T0, frekwenza ta' ripetizzjoni F) iservi bħala s-"sors ta' tqabbid" biex jeċita kamp ta' polz ta' qawwa għolja fil-kavità tad-dissipazzjoni. Il-modulu tal-qligħ intraċellulari jaħdem f'sinerġija mal-formatur spettrali biex jikkonverti l-enerġija tal-polz taż-żerriegħa f'rispons spettrali f'forma ta' moxt permezz ta' regolazzjoni konġunta fid-dominju tal-ħin-frekwenza. Dan il-proċess ikisser il-limitazzjonijiet tal-ippumpjar kontinwu tradizzjonali: il-polz taż-żerriegħa jintefa meta jilħaq il-limitu tal-FWM tad-dissipazzjoni, u l-kavità tad-dissipazzjoni żżomm l-istat ta' awtoorganizzazzjoni tal-polz permezz tal-bilanċ dinamiku tal-qligħ u t-telf, bil-frekwenza tar-ripetizzjoni tal-polz tkun Fs (li tikkorrispondi għall-frekwenza intrinsika FF u l-perjodu T tal-kavità).

Dan l-istudju wettaq ukoll verifika teoretika. Abbażi tal-parametri adottati fis-setup sperimentali u b'1pslejżer tal-polz ultraveloċiBħala l-qasam inizjali, twettqet simulazzjoni numerika fuq il-proċess tal-evoluzzjoni tad-dominju tal-ħin u l-frekwenza tal-polz fil-kavità tal-lejżer. Instab li l-polz għadda minn tliet stadji: qsim tal-polz, oxxillazzjoni perjodika tal-polz, u distribuzzjoni uniformi tal-polz fil-kavità kollha tal-lejżer. Dan ir-riżultat numeriku jivverifika wkoll bis-sħiħ il-karatteristiċi ta' awto-organizzazzjoni tal-lejżer tal-polz.

Billi ġie attivat l-effett ta' taħlit ta' erba' mewġ fil-kavità taċ-ċirku tal-fibra dissipativa permezz ta' tqabbid ultraveloċi tal-polz taż-żerriegħa, il-ġenerazzjoni u l-manutenzjoni awto-organizzanti ta' polzi ta' frekwenza ta' ripetizzjoni ultra-għolja sub-THZ (output stabbli ta' qawwa ta' 0.5W wara li tintefa ż-żerriegħa) inkisbu b'suċċess, u pprovdew tip ġdid ta' sors ta' dawl għall-kamp lidar: Ir-rifrekwenza tal-livell sub-THZ tagħha tista' ttejjeb ir-riżoluzzjoni tas-sħaba tal-punti sal-livell ta' millimetru. Il-karatteristika awto-sostenibbli tal-polz tnaqqas b'mod sinifikanti l-konsum tal-enerġija tas-sistema. L-istruttura kollha fibra tiżgura tħaddim ta' stabbiltà għolja fil-medda ta' sigurtà tal-għajnejn ta' 1.5 μm. B'ħarsa lejn il-futur, din it-teknoloġija hija mistennija li tmexxi l-evoluzzjoni tal-lidar immuntat fuq il-vettura lejn il-minjaturizzazzjoni (ibbażata fuq mikro-filtri MZI) u skoperta fuq medda twila (espansjoni tal-qawwa għal > 1W), u tadatta aktar għar-rekwiżiti ta' perċezzjoni ta' ambjenti kumplessi permezz ta' tqabbid ikkoordinat b'ħafna wavelengths u regolazzjoni intelliġenti.