Laser pwls cyfradd ailadrodd uwch-uchel

Laser pwls cyfradd ailadrodd uwch-uchel

Yng nghyd-destun microsgopig y rhyngweithio rhwng golau a mater, mae pylsau cyfradd ailadrodd uwch-uchel (UHRPs) yn gweithredu fel rheolwyr amser manwl gywir – maent yn osgiliadu fwy na biliwn o weithiau'r eiliad (1GHz), gan ddal olion bysedd moleciwlaidd celloedd canser mewn delweddu sbectrol, cario symiau enfawr o ddata mewn cyfathrebu ffibr optegol, a graddnodi cyfesurynnau tonfedd sêr mewn telesgopau. Yn enwedig yn naid dimensiwn canfod lidar, mae laserau pwls cyfradd ailadrodd uwch-uchel terahertz (100-300 GHz) yn dod yn offer pwerus i dreiddio'r haen ymyrraeth, gan ail-lunio ffiniau canfyddiad tri dimensiwn gyda'r pŵer trin gofod-amserol ar lefel y ffoton. Ar hyn o bryd, mae defnyddio microstrwythurau artiffisial, fel ceudodau micro-gylchoedd sydd angen cywirdeb prosesu nanosgâl i gynhyrchu cymysgu pedair ton (FWM), yn un o'r prif ddulliau i gael pylsau optegol cyfradd ailadrodd uwch-uchel. Mae gwyddonwyr yn canolbwyntio ar ddatrys y problemau peirianneg wrth brosesu strwythurau mân iawn, y broblem tiwnio amledd yn ystod cychwyn pwls, a'r broblem effeithlonrwydd trosi ar ôl cynhyrchu pwls. Dull arall yw defnyddio ffibrau hynod anlinellol a defnyddio'r effaith ansefydlogrwydd modiwleiddio neu effaith FWM o fewn ceudod y laser i gyffroi UHRPs. Hyd yn hyn, mae angen "siapiwr amser" mwy medrus arnom o hyd.

Disgrifir y broses o gynhyrchu UHRP trwy chwistrellu pylsau cyflym iawn i gyffroi'r effaith FWM afradlon fel "tanio cyflym iawn". Yn wahanol i'r cynllun ceudod micro-gylch artiffisial a grybwyllwyd uchod sy'n gofyn am bwmpio parhaus, addasiad manwl gywir o ddad-diwnio i reoli cynhyrchu pylsau, a defnyddio cyfryngau hynod anlinellol i ostwng trothwy'r FWM, mae'r "tanio" hwn yn dibynnu ar nodweddion pŵer brig pylsau cyflym iawn i gyffroi FWM yn uniongyrchol, ac ar ôl "diffodd y tanio", cyflawni UHRP hunangynhaliol.

Mae Ffigur 1 yn dangos y mecanwaith craidd o gyflawni hunan-drefnu pwls yn seiliedig ar gyffroi pwls hadau cyflym iawn mewn ceudodau cylch ffibr afradlon. Mae'r pwls hadau byr iawn a chwistrellir yn allanol (cyfnod T0, amledd ailadrodd F) yn gwasanaethu fel y "ffynhonnell danio" i gyffroi maes pwls pŵer uchel o fewn y ceudod afradloni. Mae'r modiwl ennill mewngellol yn gweithio mewn synergedd â'r siapiwr sbectrol i drosi egni'r pwls hadau yn ymateb sbectrol siâp crib trwy reoleiddio ar y cyd yn y parth amser-amledd. Mae'r broses hon yn torri trwy gyfyngiadau pwmpio parhaus traddodiadol: mae'r pwls hadau yn diffodd pan fydd yn cyrraedd trothwy FWM afradloni, ac mae'r ceudod afradloni yn cynnal cyflwr hunan-drefnu'r pwls trwy'r cydbwysedd deinamig o ennill a cholled, gyda'r amledd ailadrodd pwls yn Fs (sy'n cyfateb i'r amledd cynhenid ​​FF a chyfnod T y ceudod).

Cynhaliodd yr astudiaeth hon wiriad damcaniaethol hefyd. Yn seiliedig ar y paramedrau a fabwysiadwyd yn y gosodiad arbrofol a chyda 1pslaser pwls cyflym iawnfel y maes cychwynnol, cynhaliwyd efelychiad rhifiadol ar broses esblygiad parth amser ac amledd y pwls o fewn ceudod y laser. Canfuwyd bod y pwls wedi mynd trwy dair cam: hollti pwls, osgiliad cyfnodol y pwls, a dosbarthiad unffurf y pwls ledled ceudod y laser cyfan. Mae'r canlyniad rhifiadol hwn hefyd yn gwirio'n llawn nodweddion hunan-drefnu'rlaser pwls.

Drwy sbarduno'r effaith gymysgu pedair ton o fewn ceudod y cylch ffibr afradlon drwy danio pwls hadau cyflym iawn, cyflawnwyd cynhyrchu a chynnal hunan-drefnu pwls amledd ailadrodd uwch-uchel is-THZ (allbwn sefydlog o bŵer 0.5W ar ôl i'r hadau ddiffodd) yn llwyddiannus, gan ddarparu math newydd o ffynhonnell golau ar gyfer y maes lidar: Gall ei ail-amledd lefel is-THZ wella datrysiad y cwmwl pwynt i'r lefel milimetr. Mae'r nodwedd hunangynhaliol pwls yn lleihau'r defnydd o ynni'r system yn sylweddol. Mae'r strwythur holl-ffibr yn sicrhau gweithrediad sefydlogrwydd uchel yn y band diogelwch llygaid 1.5 μm. Gan edrych i'r dyfodol, disgwylir i'r dechnoleg hon yrru esblygiad lidar wedi'i osod ar gerbyd tuag at fachu (yn seiliedig ar ficro-hidlwyr MZI) a chanfod pellter hir (ehangu pŵer i > 1W), ac addasu ymhellach i ofynion canfyddiad amgylcheddau cymhleth drwy danio cydlynol aml-donfedd a rheoleiddio deallus.