अति-उच्च पुनरावृत्ती दर स्पंदित लेसर

अति-उच्च पुनरावृत्ती दर स्पंदित लेसर

प्रकाश आणि पदार्थ यांच्यातील परस्परसंवादाच्या सूक्ष्म जगात, अल्ट्रा-हाय रिपीटेशन रेट पल्स (UHRPs) वेळेचे अचूक शासक म्हणून काम करतात - ते प्रति सेकंद एक अब्ज वेळा (1GHz) पेक्षा जास्त वेगाने दोलन करतात, स्पेक्ट्रल इमेजिंगमध्ये कर्करोगाच्या पेशींचे आण्विक फिंगरप्रिंट कॅप्चर करतात, ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनमध्ये मोठ्या प्रमाणात डेटा वाहून नेतात आणि टेलिस्कोपमध्ये ताऱ्यांच्या तरंगलांबी निर्देशांकांचे कॅलिब्रेट करतात. विशेषतः लिडारच्या शोध परिमाणाच्या झेपमध्ये, टेराहर्ट्झ अल्ट्रा-हाय रिपीटेशन रेट पल्स्ड लेसर (100-300 GHz) हस्तक्षेप थरात प्रवेश करण्यासाठी शक्तिशाली साधने बनत आहेत, फोटॉन स्तरावर स्पेशियोटेम्पोरल मॅनिपुलेशन पॉवरसह त्रिमितीय धारणाच्या सीमांना आकार देत आहेत. सध्या, सूक्ष्म-रिंग पोकळ्यांसारख्या कृत्रिम सूक्ष्म संरचनांचा वापर करणे ज्यांना चार-वेव्ह मिक्सिंग (FWM) निर्माण करण्यासाठी नॅनोस्केल प्रक्रिया अचूकता आवश्यक असते, हे अल्ट्रा-हाय रिपीटेशन रेट ऑप्टिकल पल्स मिळविण्यासाठी मुख्य पद्धतींपैकी एक आहे. शास्त्रज्ञ अल्ट्रा-फाईन स्ट्रक्चर्सच्या प्रक्रियेतील अभियांत्रिकी समस्या, पल्स इनिशिएशन दरम्यान फ्रिक्वेन्सी ट्यूनिंग समस्या आणि पल्स जनरेशन नंतर रूपांतरण कार्यक्षमता समस्या सोडवण्यावर लक्ष केंद्रित करत आहेत. दुसरा दृष्टिकोन म्हणजे उच्च नॉनलाइनर फायबर वापरणे आणि UHRPs उत्तेजित करण्यासाठी लेसर पोकळीतील मॉड्युलेशन अस्थिरता प्रभाव किंवा FWM प्रभाव वापरणे. आतापर्यंत, आपल्याला अधिक कुशल "टाइम शेपर" ची आवश्यकता आहे.

विघटनशील FWM परिणाम उत्तेजित करण्यासाठी अल्ट्राफास्ट पल्स इंजेक्ट करून UHRP निर्माण करण्याची प्रक्रिया "अल्ट्राफास्ट इग्निशन" म्हणून वर्णन केली जाते. वर उल्लेख केलेल्या कृत्रिम मायक्रोरिंग कॅव्हिटी स्कीमपेक्षा वेगळे, ज्यामध्ये सतत पंपिंग, पल्स जनरेशन नियंत्रित करण्यासाठी डिट्यूनिंगचे अचूक समायोजन आणि FWM थ्रेशोल्ड कमी करण्यासाठी अत्यंत नॉनलाइनर मीडियाचा वापर आवश्यक असतो, हे "इग्निशन" FWM ला थेट उत्तेजित करण्यासाठी अल्ट्राफास्ट पल्सच्या पीक पॉवर वैशिष्ट्यांवर अवलंबून असते आणि "इग्निशन बंद" केल्यानंतर, स्वयं-शाश्वत UHRP प्राप्त करते.

आकृती १ मध्ये विघटनशील फायबर रिंग पोकळ्यांच्या अल्ट्राफास्ट सीड पल्स उत्तेजनावर आधारित नाडी स्व-संघटन साध्य करण्याची मुख्य यंत्रणा दर्शविली आहे. बाह्यरित्या इंजेक्ट केलेले अल्ट्राशॉर्ट सीड पल्स (कालावधी T0, पुनरावृत्ती वारंवारता F) विघटन पोकळीतील उच्च-शक्तीच्या पल्स फील्डला उत्तेजित करण्यासाठी "इग्निशन सोर्स" म्हणून काम करते. इंट्रासेल्युलर गेन मॉड्यूल स्पेक्ट्रल शेपरसह समन्वयाने कार्य करते जेणेकरून टाइम-फ्रिक्वेन्सी डोमेनमध्ये संयुक्त नियमनद्वारे बियाणे पल्स एनर्जीला कंघीच्या आकाराच्या स्पेक्ट्रल प्रतिसादात रूपांतरित केले जाईल. ही प्रक्रिया पारंपारिक सतत पंपिंगच्या मर्यादा तोडते: जेव्हा बियाणे पल्स डिसिपेशन FWM थ्रेशोल्डवर पोहोचते तेव्हा बंद होते आणि डिसिपेशन पोकळी लाभ आणि तोटाच्या गतिमान संतुलनाद्वारे नाडीची स्वयं-संघटन स्थिती राखते, नाडी पुनरावृत्ती वारंवारता Fs (पोकळीच्या अंतर्गत वारंवारता FF आणि कालावधी T शी संबंधित) असते.

या अभ्यासात सैद्धांतिक पडताळणी देखील करण्यात आली. प्रायोगिक सेटअपमध्ये स्वीकारलेल्या पॅरामीटर्सवर आधारित आणि 1ps सहअल्ट्राफास्ट पल्स लेसरसुरुवातीच्या क्षेत्राच्या रूपात, लेसर पोकळीतील नाडीच्या वेळेच्या क्षेत्राच्या आणि वारंवारतेच्या उत्क्रांती प्रक्रियेवर संख्यात्मक सिम्युलेशन केले गेले. असे आढळून आले की नाडी तीन टप्प्यांतून गेली: नाडी विभाजन, नाडी नियतकालिक दोलन आणि संपूर्ण लेसर पोकळीमध्ये नाडीचे एकसमान वितरण. हे संख्यात्मक परिणाम नाडीच्या स्वयं-संघटनात्मक वैशिष्ट्यांची पूर्णपणे पडताळणी देखील करते.पल्स लेसर.

अल्ट्राफास्ट सीड पल्स इग्निशनद्वारे डिसिपेटिव्ह फायबर रिंग कॅव्हिटीमध्ये फोर-वेव्ह मिक्सिंग इफेक्ट ट्रिगर करून, सब-टीएचझेड अल्ट्रा-हाय रिपीटेशन फ्रिक्वेन्सी पल्स (बीज बंद केल्यानंतर 0.5W पॉवरचे स्थिर आउटपुट) ची स्वयं-ऑर्गनायझिंग जनरेशन आणि देखभाल यशस्वीरित्या साध्य झाली, ज्यामुळे लिडार फील्डसाठी एक नवीन प्रकारचा प्रकाश स्रोत प्रदान झाला: त्याची सब-टीएचझेड लेव्हल रिफ्रिक्वेन्सी पॉइंट क्लाउड रिझोल्यूशन मिलिमीटर पातळीपर्यंत वाढवू शकते. पल्स सेल्फ-सस्टेनिंग फीचर सिस्टम एनर्जीचा वापर लक्षणीयरीत्या कमी करते. ऑल-फायबर स्ट्रक्चर 1.5 μm आय सेफ्टी बँडमध्ये उच्च स्थिरता ऑपरेशन सुनिश्चित करते. भविष्याकडे पाहता, हे तंत्रज्ञान वाहन-माउंटेड लिडारच्या उत्क्रांतीला लघुकरण (MZI मायक्रो-फिल्टरवर आधारित) आणि दीर्घ-श्रेणी शोध (> 1W पर्यंत पॉवर विस्तार) कडे नेईल आणि मल्टी-वेव्हलेंथ कोऑर्डिनेटेड इग्निशन आणि इंटेलिजेंट रेग्युलेशनद्वारे जटिल वातावरणाच्या धारणा आवश्यकतांनुसार पुढे नेईल अशी अपेक्षा आहे.