Pulsni laser ultra visoke frekvencije ponavljanja
U mikroskopskom svijetu interakcije između svjetlosti i materije, impulsi ultra visoke frekvencije ponavljanja (UHRP) djeluju kao precizni vladari vremena – osciliraju više od milijardu puta u sekundi (1 GHz), hvatajući molekularne otiske ćelija raka u spektralnom snimanju, noseći ogromne količine podataka u optičkoj komunikaciji i kalibrirajući koordinate valnih dužina zvijezda u teleskopima. Posebno u skoku dimenzije detekcije lidara, terahercni pulsni laseri ultra visoke frekvencije ponavljanja (100-300 GHz) postaju moćni alati za prodiranje kroz sloj interferencije, preoblikujući granice trodimenzionalne percepcije prostorno-vremenskom manipulativnom snagom na nivou fotona. Trenutno, korištenje vještačkih mikrostruktura, kao što su mikroprstenaste šupljine koje zahtijevaju nanoskalnu tačnost obrade za generisanje četverotalasnog miješanja (FWM), jedna je od glavnih metoda za dobijanje optičkih impulsa ultra visoke frekvencije ponavljanja. Naučnici se fokusiraju na rješavanje inženjerskih problema u obradi ultra finih struktura, problem podešavanja frekvencije tokom inicijacije impulsa i problem efikasnosti konverzije nakon generisanja impulsa. Drugi pristup je korištenje visoko nelinearnih vlakana i korištenje efekta modulacijske nestabilnosti ili FWM efekta unutar laserske šupljine za pobuđivanje UHRP-ova. Zasad nam je još uvijek potreban spretniji "oblikovatelj vremena".
Proces generiranja UHRP-a ubrizgavanjem ultrabrzih impulsa za pobuđivanje disipativnog FWM efekta opisan je kao "ultrabrzo paljenje". Za razliku od gore spomenute sheme umjetne mikroprstenaste šupljine koja zahtijeva kontinuirano pumpanje, precizno podešavanje rasklađivanja za kontrolu generiranja impulsa i korištenje visoko nelinearnih medija za snižavanje FWM praga, ovo "paljenje" se oslanja na karakteristike vršne snage ultrabrzih impulsa za direktno pobuđivanje FWM-a, a nakon "gašenja paljenja", postiže se samoodrživi UHRP.
Slika 1 ilustruje osnovni mehanizam postizanja samoorganizacije impulsa na osnovu ultrabrzog pobuđivanja impulsa početnog signala disipativnih šupljina vlaknastih prstenova. Spolja ubrizgani ultrakratki impuls početnog signala (period T0, frekvencija ponavljanja F) služi kao "izvor paljenja" za pobuđivanje pulsnog polja velike snage unutar disipativne šupljine. Intracelularni modul pojačanja radi u sinergiji sa spektralnim oblikovačem kako bi pretvorio energiju impulsa početnog signala u spektralni odziv u obliku češlja putem zajedničke regulacije u vremensko-frekvencijskom domenu. Ovaj proces probija ograničenja tradicionalnog kontinuiranog pumpanja: impuls početnog signala se isključuje kada dostigne prag disipacije FWM, a disipativna šupljina održava samoorganizujuće stanje impulsa putem dinamičke ravnoteže pojačanja i gubitka, pri čemu je frekvencija ponavljanja impulsa Fs (što odgovara intrinzičnoj frekvenciji FF i periodu T šupljine).
Ova studija je također provela teorijsku verifikaciju. Na osnovu parametara usvojenih u eksperimentalnoj postavci i sa 1psultrabrzi pulsni laserKao početno polje, provedena je numerička simulacija procesa evolucije vremenskog domena i frekvencije impulsa unutar laserske šupljine. Utvrđeno je da impuls prolazi kroz tri faze: cijepanje impulsa, periodično oscilovanje impulsa i ravnomjerna raspodjela impulsa kroz cijelu lasersku šupljinu. Ovaj numerički rezultat također u potpunosti potvrđuje samoorganizirajuće karakteristikepulsni laser.
Pokretanjem efekta miješanja četiri talasa unutar šupljine disipativnog vlaknastog prstena putem ultrabrzog paljenja impulsa početnog signala, uspješno je postignuto samoorganizujuće generisanje i održavanje impulsa ultra visoke frekvencije ponavljanja ispod THz (stabilan izlaz snage od 0,5 W nakon isključivanja početnog signala), pružajući novi tip izvora svjetlosti za lidar polje: Njegova refrekvencija ispod THz nivoa može poboljšati rezoluciju oblaka tačaka do milimetarskog nivoa. Funkcija samoodržavanja impulsa značajno smanjuje potrošnju energije sistema. Struktura koja se sastoji isključivo od vlakana osigurava visoku stabilnost rada u sigurnosnom pojasu za oko od 1,5 μm. Gledajući u budućnost, očekuje se da će ova tehnologija pokrenuti evoluciju lidara montiranog na vozila prema minijaturizaciji (na osnovu MZI mikrofiltera) i detekciji na velikom dometu (proširenje snage na > 1 W), te se dalje prilagoditi zahtjevima percepcije složenih okruženja putem koordiniranog paljenja na više talasnih dužina i inteligentne regulacije.
Vrijeme objave: 08.07.2025.