От прецизна обработка до усъвършенствана микроскопия, търсенето на по -висока - мощност, ултрабързите лазери продължават да нарастват. Традиционно изследователите разчитат на единични влакна -, за да изградят тези лазери, но те са изправени пред фундаментална физическа граница на енергийната продукция. За да пробием това затруднение, ние се обърнахме към мултимодни влакна, които могат да носят много светлинни режими - по същество различни форми на светлина - наведнъж, техника, известна като Spatiotemporal режим - LOCKING (STML).
Въпреки това, получаването на тези различни режими, за да работим заедно в хармония, беше значително предизвикателство. В последното ни изследване, публикувано вОптични писма, Разработихме нова техника, която ни позволява точно и независимо да контролираме всеки от тези напречни режими, което води до драматичен тласък на лазерната сила и гъвкавост.
Основният проблем, с който се сблъскахме, е известен като интермодална дисперсия. В многомодово влакно различни режими на светлина пътуват с малко по -различни скорости. Това несъответствие на скоростта кара лазерните импулси да се разпространяват и разделят във времето и пространството, предотвратявайки образуването на стабилни, високи - мощност. Предишните STML техники обикновено използват метод, наречен пространствено филтриране, за да компенсира тази дисперсия, но този подход ограничава броя на режимите, които могат да бъдат заключени заедно, като по този начин ограничават потенциалното подобряване на мощността.
За да разрешим това, ние предложихме напречна техника за управление на дивизиите. Нашият подход е ясен: използваме устройство, наречено Mode Multiplexer/Demultiplexer (MUX/Demux), за да отделим смесения лъч вътре в многомодовото влакно в отделни канали, по един за всеки режим. След като се разделим, можем да управляваме дисперсията (т.е. забавянето на пътуването) за всеки режим независимо, като добавим точни дължини на компенсиране на влакна към всеки канал.
След оптимизиране на всеки режим, ние ги рекомбинираме с мултиплексор в един, мощен и кохерентен лъч. Този метод теоретично ни позволява да заключваме произволен брой режими, максимално увеличавайки енергийния потенциал на влакното.
Ние внедрихме нашата техника на фигура - осем, yb - легирани, всички - влакно, пространствено -времеви, режим - заключен лазер. Експерименталните резултати бяха силно обнадеждаващи. Чрез заключване на четири напречни режима (LP01, LP11, LP21 и LP02) едновременно, постигнахме дисипативни импулси на солитон с 15 NJ енергия при повторение от 14,49 MHz.
Най -важното е, че демонстрирахме, че изходната мощност скали с броя на режимите на участие. Когато четири режима бяха заключени едновременно, ефективността на наклона на лазера - мярка за това колко ефективно тя преобразува помпата в изходна мощност - достига 7,9%, което е повече от двойно два пъти ефективността на ефективността на единична - режим.
Освен това нашата техника предлага безпрецедентен лъч - възможности за оформяне. Чрез динамично избор на комбинацията от режими, участващи в режима - заключване, ние успешно генерирахме Quasi - плосък - горен лъч с равномерен профил на интензивност. Този специализиран лъч постигна средна мощност на изхода от 150 MW и единична импулсна енергия от 10,4 nj при мощност на помпата 3 W. Нашият лазер също демонстрира отлично дълъг - стабилност на срока, с минимален център - честотен дрейф след 12 часа непрекъсната работа.
В заключение, ние разработихме и експериментално утвърдихме нова техника на управление, която преодолява основната мощност - мащабируемост в затруднено положение в лазерите на STML влакна. Чрез независимо контролиране на дисперсията на всеки напречен режим, нашата схема осигурява жизнеспособен път за синхронизиране на всякакъв брой режими и максимално максимално извличане на енергия.
Вярваме, че тази универсална рамка за Multi - режим Spatiotemporal Dynamics Control проправя пътя за следващото поколение източници на ултрабърха светлина, обещаващи въздействащи приложения в прецизната изработка, нелинейната микроскопия и атенталната наука.
Тази история е част от диалоговия прозорец Science X, където изследователите могат да докладват за констатациите от публикуваните си изследователски статии. Посетете тази страница за информация за диалоговия прозорец Science X и как да участвате.
