Από την κατεργασία ακριβείας έως την προηγμένη μικροσκοπία, η ζήτηση για υψηλότερη - δύναμη, τα Lasers Ultrafast συνεχίζουν να αυξάνονται. Παραδοσιακά, οι ερευνητές βασίστηκαν σε μονές ίνες λειτουργίας - για την κατασκευή αυτών των λέιζερ, αλλά αντιμετωπίζουν ένα θεμελιώδες φυσικό όριο στην παραγωγή ενέργειας. Για να σπάσουμε αυτή τη συμφόρηση, έχουμε στραφεί σε ίνες πολλαπλών κώδικα, οι οποίες μπορούν να μεταφέρουν πολλές λειτουργίες φωτός - ουσιαστικά διαφορετικά σχήματα φωτός - αμέσως, μια τεχνική γνωστή ως χωροχρονική λειτουργία - κλειδώματος (STML).
Ωστόσο, η απόκτηση αυτών των διαφορετικών τρόπων λειτουργίας σε αρμονία ήταν μια σημαντική πρόκληση. Στην τελευταία μας έρευνα, που δημοσιεύθηκε στοΟπτικά γράμματα, έχουμε αναπτύξει μια νέα τεχνική που μας επιτρέπει να ελέγξουμε με ακρίβεια και ανεξάρτητα κάθε έναν από αυτούς τους εγκάρσιους τρόπους, οδηγώντας σε δραματική ώθηση στην ισχύ του λέιζερ και την ευελιξία.
Το βασικό πρόβλημα που αντιμετωπίσαμε είναι γνωστό ως διατροπική διασπορά. Σε μια ίνα πολλαπλών κινών, διαφορετικές λειτουργίες φωτός ταξιδεύουν σε ελαφρώς διαφορετικές ταχύτητες. Αυτή η αναντιστοιχία ταχύτητας αναγκάζει τους παλμούς λέιζερ να εξαπλώνονται και να διαχωρίζονται στο χρόνο και στο χώρο, εμποδίζοντας το σχηματισμό σταθερών, υψηλών - παλμών ισχύος. Οι προηγούμενες τεχνικές STML χρησιμοποιούσαν τυπικά μια μέθοδο που ονομάζεται χωρική φιλτράρισμα για να αντισταθμίσει αυτή τη διασπορά, αλλά αυτή η προσέγγιση περιορίζει τον αριθμό των τρόπων που μπορούν να κλειδωθούν μαζί, καλύπτοντας έτσι την πιθανή βελτίωση της ισχύος.
Για να το λύσουμε αυτό, προτείνουμε μια τεχνική ελέγχου διαίρεσης εγκάρσιας λειτουργίας. Η προσέγγισή μας είναι απλή: Χρησιμοποιούμε μια συσκευή που ονομάζεται Multiplexer/Demultiplexer (MUX/Demux) για να διαχωρίσετε τη μικτή δέσμη μέσα στην ίνες πολλαπλών κώδικα σε μεμονωμένα κανάλια, ένα για κάθε λειτουργία. Μόλις διαχωριστεί, μπορούμε να διαχειριστούμε τη διασπορά (δηλαδή την καθυστέρηση ταξιδιού) για κάθε λειτουργία ανεξάρτητα προσθέτοντας ακριβή μήκη αποζημίωσης ινών σε κάθε κανάλι.
Μετά τη βελτιστοποίηση κάθε λειτουργίας, τα ανασυνδυάζουμε με έναν πολυπλέκτη σε μία μόνο, ισχυρή και συνεκτική δέσμη. Αυτή η μέθοδος θεωρητικά μας επιτρέπει να κλειδώσουμε οποιονδήποτε αριθμό τρόπων, μεγιστοποιώντας το ενεργειακό δυναμικό της ίνας.
Εφαρμόσαμε την τεχνική μας σε ένα σχήμα - οκτώ, yb - doped, όλα - fiber, χωροχρονική, λειτουργία - κλειδωμένο λέιζερ. Τα πειραματικά αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Κλείνοντας τέσσερις εγκάρσιες λειτουργίες (LP01, LP11, LP21 και LP02) ταυτόχρονα, επιτύχαμε παλμούς διαλυτικής σολιτονίας με 15 NJ ενέργειας με ρυθμό επανάληψης 14,49 MHz.
Βασικά, αποδείξαμε ότι οι κλίμακες ισχύος εξόδου με τον αριθμό των λειτουργιών που συμμετέχουν. Όταν τέσσερις τρόποι κλειδώθηκαν ταυτόχρονα, η απόδοση της κλίσης του λέιζερ - ένα μέτρο για το πόσο αποτελεσματικά μετατρέπει την ισχύ της αντλίας για να εξάγει ισχύ - έφθασε στο 7,9%, η οποία υπερδιπλασιάστηκε η απόδοση 3,79% της λειτουργίας -.
Επιπλέον, η τεχνική μας προσφέρει πρωτοφανή δέσμη - δυνατότητες διαμόρφωσης. Με τη δυναμική επιλογή του συνδυασμού των τρόπων λειτουργίας που εμπλέκονται στη λειτουργία - κλειδώματος, δημιουργήσαμε με επιτυχία ένα οιονεί - επίπεδη - κορυφαία δέσμη με ομοιόμορφο προφίλ έντασης. Αυτή η εξειδικευμένη δέσμη πέτυχε μια μέση ισχύ εξόδου 150 MW και μία μόνο παλμική ενέργεια 10,4 nJ σε ισχύ αντλίας 3 W. Το λέιζερ μας έδειξε επίσης εξαιρετική μακρά - σταθερότητα όρου, με ελάχιστο κέντρο - μετατόπιση συχνότητας μετά από 12 ώρες συνεχούς λειτουργίας.
Συμπερασματικά, αναπτύξαμε και πειραματικά επικυρώσαμε μια νέα τεχνική ελέγχου που ξεπερνά την πυρήνα ισχύος - bottleneck scaleability σε λέιζερ ινών STML. Με τον ανεξάρτητο έλεγχο της διασποράς κάθε εγκάρσιας λειτουργίας, το σχήμα μας παρέχει μια βιώσιμη διαδρομή για τη συγχρονισμό οποιουδήποτε αριθμού τρόπων και τη μεγιστοποίηση της εξόρυξης ενέργειας.
Πιστεύουμε ότι αυτό το καθολικό πλαίσιο για το Multi - λειτουργία SpatioTemporal Dynamics Control ανοίγει το δρόμο για την επόμενη γενιά πηγών εξαιρετικά γρήγορου φωτός, υποσχόμενες επιθετικές εφαρμογές στην κατασκευή ακριβείας, τη μη γραμμική μικροσκοπία και την επιστήμη Attosecond.
Αυτή η ιστορία είναι μέρος του διαλόγου Science X, όπου οι ερευνητές μπορούν να αναφέρουν τα ευρήματα από τα δημοσιευμένα ερευνητικά τους άρθρα. Επισκεφθείτε αυτήν τη σελίδα για πληροφορίες σχετικά με το παράθυρο διαλόγου Science X και πώς να συμμετάσχετε.
