Pulzní laser s ultravysokou opakovací frekvencí
V mikroskopickém světě interakce mezi světlem a hmotou fungují pulsy s ultravysokou opakovací frekvencí (UHRP) jako přesní pravítka času – kmitají více než miliardkrát za sekundu (1 GHz), zachycují molekulární otisky rakovinných buněk ve spektrálním zobrazování, přenášejí obrovské množství dat v optické komunikaci a kalibrují vlnové souřadnice hvězd v dalekohledech. Zejména v oblasti detekční dimenze lidaru se terahertzové pulsní lasery s ultravysokou opakovací frekvencí (100–300 GHz) stávají mocnými nástroji pro pronikání interferenční vrstvy a přetvářejí hranice trojrozměrného vnímání s časoprostorovou manipulační silou na úrovni fotonů. V současné době je jednou z hlavních metod pro získání optických pulsů s ultravysokou opakovací frekvencí použití umělých mikrostruktur, jako jsou mikrokruhové dutiny, které vyžadují přesnost zpracování v nanoměřítku pro generování čtyřvlnného míchání (FWM). Vědci se zaměřují na řešení inženýrských problémů při zpracování ultrajemných struktur, problému ladění frekvence během iniciace pulsu a problému účinnosti konverze po generování pulsu. Dalším přístupem je použití vysoce nelineárních vláken a využití efektu modulační nestability neboli efektu FWM v laserové dutině k buzení UHRP. Zatím stále potřebujeme obratnější „formovač času“.
Proces generování UHRP vstřikováním ultrarychlých pulzů k excitaci disipativního efektu FWM se popisuje jako „ultrarychlé zapálení“. Na rozdíl od výše zmíněného schématu s umělou mikrokružnicovou dutinou, které vyžaduje kontinuální čerpání, přesné nastavení rozladění pro řízení generování pulzů a použití vysoce nelineárních médií ke snížení prahu FWM, se toto „zapálení“ spoléhá na charakteristiky špičkového výkonu ultrarychlých pulzů k přímé excitaci FWM a po „vypnutí zapálení“ dosahuje soběstačného UHRP.
Obrázek 1 znázorňuje základní mechanismus dosažení samoorganizace pulzů na základě buzení disipativních dutin vláknitých prstenců ultrarychlými semennými pulzy. Externě injektovaný ultrakrátký semenný pulz (perioda T0, opakovací frekvence F) slouží jako „zdroj zapálení“ pro buzení vysoce výkonného pulzního pole uvnitř disipativní dutiny. Intracelulární zesilovací modul pracuje v synergii se spektrálním tvarovačem a převádí energii semenného pulzu na hřebenovitou spektrální odezvu prostřednictvím společné regulace v časově-frekvenční doméně. Tento proces boří omezení tradičního kontinuálního čerpání: semenný pulz se vypne, když dosáhne prahové hodnoty disipační FWM, a disipační dutina udržuje samoorganizující se stav pulzu prostřednictvím dynamické rovnováhy zesílení a ztráty, přičemž opakovací frekvence pulzů je Fs (odpovídající vnitřní frekvenci FF a periodě T dutiny).
Tato studie také provedla teoretické ověření. Na základě parametrů použitých v experimentálním uspořádání a s 1ps...ultrarychlý pulzní laserJako počáteční pole byla provedena numerická simulace vývoje časové domény a frekvence pulzu v laserové dutině. Bylo zjištěno, že pulz prošel třemi fázemi: rozdělením pulzu, periodickým kmitáním pulzu a rovnoměrným rozložením pulzu v celé laserové dutině. Tento numerický výsledek také plně potvrzuje samoorganizující se vlastnosti...pulzní laser.
Spuštěním efektu čtyřvlnného směšování v dutině disipativního vláknového prstence pomocí ultrarychlého zapálení semenného pulzu bylo úspěšně dosaženo samoorganizujícího se generování a udržování pulzů s ultravysokou opakovací frekvencí sub-THZ (stabilní výstupní výkon 0,5 W po vypnutí semenného pulzu), což poskytuje nový typ světelného zdroje pro lidarové pole: Jeho refrekvence na úrovni sub-THZ může zvýšit rozlišení mračna bodů na milimetrovou úroveň. Funkce samoudržování pulzů výrazně snižuje spotřebu energie systému. Celovláknová struktura zajišťuje vysoce stabilní provoz v pásmu ochrany oka 1,5 μm. Do budoucna se očekává, že tato technologie povede k vývoji lidarů montovaných na vozidla směrem k miniaturizaci (na základě mikrofiltrů MZI) a detekci na velké vzdálenosti (rozšíření výkonu na > 1 W) a dále se přizpůsobí požadavkům na vnímání složitých prostředí prostřednictvím koordinovaného zapálení s více vlnovými délkami a inteligentní regulace.
Čas zveřejnění: 8. července 2025