Làser pulsat de taxa de repetició ultraalta

Làser pulsat de taxa de repetició ultraalta

En el món microscòpic de la interacció entre la llum i la matèria, els polsos de taxa de repetició ultraalta (UHRP) actuen com a governants precisos del temps: oscil·len a més de mil milions de vegades per segon (1 GHz), capturant les empremtes moleculars de les cèl·lules canceroses en imatges espectrals, transportant quantitats massives de dades en la comunicació per fibra òptica i calibrant les coordenades de longitud d'ona de les estrelles en telescopis. Especialment en el salt de la dimensió de detecció del lidar, els làsers polsats de taxa de repetició ultraalta de terahertz (100-300 GHz) s'estan convertint en eines poderoses per penetrar la capa d'interferència, remodelant els límits de la percepció tridimensional amb el poder de manipulació espaciotemporal a nivell de fotons. Actualment, l'ús de microestructures artificials, com ara cavitats de microanells que requereixen precisió de processament a nanoescala per generar una barreja de quatre ones (FWM), és un dels principals mètodes per obtenir polsos òptics de taxa de repetició ultraalta. Els científics s'estan centrant en resoldre els problemes d'enginyeria en el processament d'estructures ultrafines, el problema de l'afinació de freqüència durant l'inici del pols i el problema de l'eficiència de conversió després de la generació del pols. Un altre enfocament és utilitzar fibres altament no lineals i aprofitar l'efecte d'inestabilitat de modulació o efecte FWM dins de la cavitat làser per excitar els UHRP. De moment, encara necessitem un "modelador de temps" més hàbil.

El procés de generació d'UHRP mitjançant la injecció de polsos ultraràpids per excitar l'efecte FWM dissipatiu es descriu com a "ignició ultraràpida". A diferència de l'esquema de cavitat de microanells artificials esmentat anteriorment, que requereix un bombament continu, un ajust precís de la desafinació per controlar la generació de polsos i l'ús de medis altament no lineals per reduir el llindar de FWM, aquesta "ignició" es basa en les característiques de potència màxima dels polsos ultraràpids per excitar directament la FWM i, després de "l'apagada", aconseguir una UHRP autosostenible.

La figura 1 il·lustra el mecanisme principal per aconseguir l'autoorganització del pols basat en l'excitació ultraràpida del pols de llavor de cavitats d'anells de fibra dissipativa. El pols de llavor ultracurt injectat externament (període T0, freqüència de repetició F) serveix com a "font d'ignició" per excitar un camp de pols d'alta potència dins de la cavitat de dissipació. El mòdul de guany intracel·lular treballa en sinergia amb el conformador espectral per convertir l'energia del pols de llavor en una resposta espectral en forma de pinta mitjançant la regulació conjunta en el domini temps-freqüència. Aquest procés trenca les limitacions del bombament continu tradicional: el pols de llavor s'apaga quan arriba al llindar FWM de dissipació, i la cavitat de dissipació manté l'estat d'autoorganització del pols mitjançant l'equilibri dinàmic de guany i pèrdua, amb la freqüència de repetició del pols Fs (corresponent a la freqüència intrínseca FF i al període T de la cavitat).

Aquest estudi també va dur a terme una verificació teòrica. Basant-se en els paràmetres adoptats en el muntatge experimental i amb un 1pslàser de pols ultraràpidCom a camp inicial, es va dur a terme una simulació numèrica del procés d'evolució del domini temporal i la freqüència del pols dins de la cavitat làser. Es va trobar que el pols passava per tres etapes: divisió del pols, oscil·lació periòdica del pols i distribució uniforme del pols per tota la cavitat làser. Aquest resultat numèric també verifica completament les característiques d'autoorganització dellàser de pols.

En activar l'efecte de barreja de quatre ones dins de la cavitat de l'anell de fibra dissipativa mitjançant la ignició ultraràpida del pols de llavor, es va aconseguir amb èxit la generació i el manteniment autoorganitzats de polsos de freqüència de repetició ultraalta sub-THZ (sortida estable de 0,5 W de potència després de l'apagada de la llavor), proporcionant un nou tipus de font de llum per al camp lidar: la seva refreqüència de nivell sub-THZ pot millorar la resolució del núvol de punts fins al nivell mil·limètric. La funció d'autosostenible del pols redueix significativament el consum d'energia del sistema. L'estructura totalment de fibra garanteix un funcionament d'alta estabilitat a la banda de seguretat ocular d'1,5 μm. De cara al futur, s'espera que aquesta tecnologia impulsi l'evolució del lidar muntat en vehicles cap a la miniaturització (basada en microfiltres MZI) i la detecció de llarg abast (expansió de potència a > 1 W), i s'adapti encara més als requisits de percepció d'entorns complexos mitjançant la ignició coordinada de múltiples longituds d'ona i la regulació intel·ligent.