Od přesného obrábění po pokročilou mikroskopii, poptávka po vyšší síle -, ultrarychlé lasery stále roste. Vědci se tradičně spoléhali na jednorázové vlákny -, aby se stavěli tyto lasery, ale čelí základnímu fyzickému limitu na energetický výkon. Abychom prolomili tento úzkost, obrátili jsme se na multimode vlákna, která mohou nést mnoho světelných režimů - v podstatě odlišné tvary světla - najednou, techniku známé jako Spatiotemporální režim - zamykání (stml).
Získání těchto různých režimů pro spolupráci v harmonii však bylo významnou výzvou. V našem nejnovějším výzkumu, zveřejněném vOptická písmena, vyvinuli jsme novou techniku, která nám umožňuje přesně a nezávisle ovládat každý z těchto příčných režimů, což vede k dramatickému posílení laserové síly a všestrannosti.
Hlavní problém, kterému jsme čelili, je známý jako intermodální disperze. V multimodovém vláknu cestují různé světelné režimy mírně odlišnými rychlostmi. Tento nesoulad rychlosti způsobuje, že se laserové pulsy rozprostírají a oddělují v čase a prostoru, což zabraňuje tvorbě stabilních, vysokých - výkonových pulsů. Předchozí techniky STML obvykle používaly metodu nazývanou prostorovou filtrování k kompenzaci tohoto rozptylu, ale tento přístup omezuje počet režimů, které mohou být zamčeny dohromady, čímž omezují potenciální zvýšení výkonu.
Abychom to vyřešili, navrhli jsme techniku řízení divize příčné režimy. Náš přístup je jednoduchý: Používáme zařízení nazývané režim Multiplexer/Demultiplexer (MUX/DEMUX) k oddělení smíšeného paprsku uvnitř multimodového vlákna do jednotlivých kanálů, jedno pro každý režim. Jakmile se oddělíme, můžeme spravovat rozptyl (tj. Zpoždění cestování) pro každý režim nezávisle přidáním přesných délek kompenzace vlákna do každého kanálu.
Po optimalizaci každého režimu je rekombinujeme multiplexorem na jediný, výkonný a koherentní paprsek. Tato metoda nám teoreticky umožňuje zamknout libovolný počet režimů, maximalizovat energetický potenciál vlákna.
Naši techniku jsme implementovali na obrázku - osm, yb - Doped, vše - Fiber, Spatiotemporal, režim - uzamčený laser. Experimentální výsledky byly velmi povzbudivé. Současně jsme uzamčením čtyř příčných režimů (LP01, LP11, LP21 a LP02) dosáhli disipativních solitonových pulzů s 15 NJ energie při opakované rychlosti 14,49 MHz.
Je důležité, že jsme prokázali, že výstupní výkonové měřítka s počtem zúčastněných režimů. Když byly čtyři režimy uzamčeny současně, účinnost sklonu laseru - měřítko, jak efektivně převádí výkon čerpadla na výstupní výkon -
Naše technika dále nabízí bezprecedentní paprsek - tvarování. Dynamickým výběrem kombinace režimů zapojených do režimu - Locking jsme úspěšně vygenerovali kvazi - plochý - horní paprsek s jednotným profilem intenzity. Tento specializovaný paprsek dosáhl průměrného výstupního výkonu 150 MW a jedinou pulzní energii 10,4 NJ při výkonu čerpadla 3 W. Náš laser také prokázal vynikající dlouhý - stabilita, s minimálním středem - frekvenční drift po 12 hodinách nepřetržitého provozu.
Závěrem jsme vyvinuli a experimentálně validovali novou kontrolní techniku, která překonává základní sílu - škálovatelnosti prohlubosti v laserech STML Fiber. Nezávisle kontrolou disperze každého příčného režimu poskytuje naše schéma životaschopnou cestu k synchronizaci libovolného počtu režimů a maximalizaci extrakce energie.
Věříme, že tento univerzální rámec pro multi - režim Spatiotemporální dynamika ovládá cestu pro další generaci ultrarychlých světelných zdrojů, slibující působivé aplikace v přesné výrobě, nelineární mikroskopii a attosekundové vědě.
Tento příběh je součástí dialogu Science X, kde vědci mohou nahlásit zjištění ze svých publikovaných výzkumných článků. Navštivte tuto stránku, kde najdete informace o dialogu Science X a o tom, jak se zúčastnit.
