Viditelné světlo o vlnové délce pod 20 femtosekundladitelný pulzní laserový zdroj
Výzkumný tým z Velké Británie nedávno publikoval inovativní studii, v níž oznámil, že úspěšně vyvinul laditelný zdroj viditelného světla s výkonem menším než 20 femtosekund.pulzní laserový zdrojTento pulzní laserový zdroj, ultrarychlývláknový laserSystém je schopen generovat pulzy s laditelnými vlnovými délkami, ultrakrátkým trváním, energií až 39 nanojoulů a špičkovým výkonem přesahujícím 2 megawatty, což otevírá zcela nové aplikační perspektivy v oblastech, jako je ultrarychlá spektroskopie, biologické zobrazování a průmyslové zpracování.
Hlavním prvkem této technologie je kombinace dvou špičkových metod: „nelineárního zesílení s řízeným ziskem (GMNA)“ a „emise rezonančních disperzních vln (RDW)“. V minulosti byly k získání takových vysoce výkonných laditelných ultrakrátkých pulzů obvykle zapotřebí drahé a složité titan-safírové lasery nebo optické parametrické zesilovače. Tato zařízení byla nejen nákladná, objemná a obtížně udržovatelná, ale také omezená nízkými opakovacími frekvencemi a ladicími rozsahy. Celovláknové řešení vyvinuté tentokrát nejen výrazně zjednodušuje architekturu systému, ale také výrazně snižuje náklady a složitost. Umožňuje přímou generaci vysoce výkonných pulzů s délkou pod 20 femtosekund, laditelných na 400 až 700 nanometrů a více, při vysoké opakovací frekvenci 4,8 MHz. Výzkumný tým dosáhl tohoto průlomu díky přesně navržené architektuře systému. Za prvé, jako zdroj semen použil plně polarizaci zachovávající módově synchronizovaný ytterbiový vláknový oscilátor založený na nelineárním zesilovacím prstencovém zrcátku (NALM). Tato konstrukce nejen zajišťuje dlouhodobou stabilitu systému, ale také zabraňuje problému s degradací fyzikálně nasycených absorbérů. Po předzesílení a kompresi pulzů jsou seedovací pulzy přivedeny do fáze GMNA. GMNA využívá fázovou samomodulaci a podélné asymetrické rozložení zisku v optických vláknech k dosažení spektrálního rozšíření a generování ultrakrátkých pulzů s téměř dokonalým lineárním cvrlikáním, které jsou nakonec komprimovány na méně než 40 femtosekund pomocí mřížkových párů. Během fáze generování RDW vědci použili vlastnoručně navržená a vyrobená devítirezonanční antirezonanční dutá vlákna. Tento typ optického vlákna má extrémně nízké ztráty v pásmu čerpacích pulzů a oblasti viditelného světla, což umožňuje efektivní přeměnu energie z čerpací vlny na rozptýlenou vlnu a zabraňuje rušení způsobenému rezonančním pásmem s vysokými ztrátami. Za optimálních podmínek může energie pulzů disperzní vlny vydávaná systémem dosáhnout 39 nanojoulů, nejkratší šířka pulzu může dosáhnout 13 femtosekund, špičkový výkon může být až 2,2 megawattů a účinnost přeměny energie může být až 13 %. Ještě zajímavější je, že úpravou tlaku plynu a parametrů vlákna lze systém snadno rozšířit na ultrafialové a infračervené pásmo, čímž se dosáhne širokopásmového ladění od hlubokého ultrafialového po infračervené záření.
Tento výzkum má nejen značný význam v základní oblasti fotoniky, ale také otevírá nové možnosti pro průmyslové a aplikační oblasti. Například v oblastech, jako je zobrazování pomocí multifotonové mikroskopie, ultrarychlá časově rozlišená spektroskopie, zpracování materiálů, přesná medicína a výzkum ultrarychlé nelineární optiky, poskytne tento kompaktní, efektivní a levný nový typ ultrarychlého zdroje světla uživatelům nebývalé nástroje a flexibilitu. Zejména v situacích, které vyžadují vysoké opakovací frekvence, špičkový výkon a ultrakrátké pulzy, je tato technologie nepochybně konkurenceschopnější a má větší propagační potenciál ve srovnání s tradičními titan-safírovými nebo optickými parametrickými zesilovacími systémy.
V budoucnu plánuje výzkumný tým systém dále optimalizovat, například integrací současné architektury, která obsahuje více optických komponent ve volném prostoru, do optických vláken, nebo dokonce použitím jediného Mamyshevova oscilátoru, který nahradí současnou kombinaci oscilátoru a zesilovače, aby se dosáhlo miniaturizace a integrace systému. Kromě toho se očekává, že adaptací na různé typy antirezonančních vláken, zavedením Ramanových aktivních plynů a modulů pro zdvojnásobení frekvence bude tento systém rozšířen do širšího pásma a poskytne tak celovláknová, širokopásmová, ultrarychlá laserová řešení pro různé oblasti, jako je ultrafialové, viditelné a infračervené záření.
Obrázek 1. Schéma ladění pulzního laseru
Čas zveřejnění: 28. května 2025