Cahaya tampak sub-20 femtodetiksumber laser berdenyut yang dapat disetel
Baru-baru ini, sebuah tim peneliti dari Inggris menerbitkan sebuah studi inovatif, mengumumkan bahwa mereka telah berhasil mengembangkan sebuah perangkat yang dapat disetel pada tingkat megawatt di bawah 20 femtodetik.sumber laser berdenyutSumber laser berdenyut ini, sangat cepatlaser seratSistem ini mampu menghasilkan pulsa dengan panjang gelombang yang dapat disesuaikan, durasi sangat pendek, energi setinggi 39 nanojoule, dan daya puncak melebihi 2 megawatt, membuka prospek aplikasi baru untuk bidang seperti spektroskopi sangat cepat, pencitraan biologis, dan pemrosesan industri.
Keunggulan utama teknologi ini terletak pada kombinasi dua metode mutakhir: "Gain-Managed Nonlinear Amplification (GMNA)" dan "Resonant Dispersive Wave Emission (RDW)". Di masa lalu, untuk mendapatkan pulsa ultra-pendek yang dapat disetel dengan performa tinggi, biasanya dibutuhkan laser titanium-safir atau penguat parametrik optik yang mahal dan kompleks. Perangkat ini tidak hanya mahal, besar, dan sulit dirawat, tetapi juga terbatas oleh tingkat pengulangan dan rentang penyetelan yang rendah. Solusi serat optik yang dikembangkan kali ini tidak hanya menyederhanakan arsitektur sistem secara signifikan, tetapi juga sangat mengurangi biaya dan kompleksitas. Solusi ini memungkinkan pembangkitan langsung pulsa daya tinggi sub-20 femtodetik yang dapat disetel hingga 400 hingga 700 nanometer dan lebih tinggi pada frekuensi pengulangan tinggi 4,8 MHz. Tim peneliti mencapai terobosan ini melalui arsitektur sistem yang dirancang secara presisi. Pertama, mereka menggunakan osilator serat ytterbium mode-locked yang sepenuhnya mempertahankan polarisasi berdasarkan cermin cincin amplifikasi nonlinier (NALM) sebagai sumber benih. Desain ini tidak hanya memastikan stabilitas jangka panjang sistem, tetapi juga menghindari masalah degradasi pada penyerap jenuh fisik. Setelah pra-amplifikasi dan kompresi pulsa, pulsa benih dimasukkan ke tahap GMNA. GMNA memanfaatkan modulasi fase-sendiri dan distribusi penguatan asimetris longitudinal pada serat optik untuk mencapai pelebaran spektral dan menghasilkan pulsa ultrapendek dengan kicauan linear yang hampir sempurna, yang akhirnya dikompresi menjadi kurang dari 40 femtodetik melalui pasangan kisi. Selama tahap pembangkitan RDW, para peneliti menggunakan serat inti berongga anti-resonansi sembilan resonator yang dirancang dan diproduksi sendiri. Serat optik jenis ini memiliki rugi-rugi yang sangat rendah pada pita pulsa pompa dan wilayah cahaya tampak, memungkinkan energi dikonversi secara efisien dari pompa ke gelombang terdispersi dan menghindari interferensi yang disebabkan oleh pita resonansi rugi-rugi tinggi. Dalam kondisi optimal, keluaran energi pulsa gelombang dispersi sistem dapat mencapai 39 nanojoule, lebar pulsa terpendek dapat mencapai 13 femtodetik, daya puncak dapat mencapai 2,2 megawatt, dan efisiensi konversi energi dapat mencapai 13%. Yang lebih menarik lagi, dengan menyesuaikan tekanan gas dan parameter serat optik, sistem ini dapat dengan mudah diperluas ke pita ultraviolet dan inframerah, sehingga mencapai penyetelan pita lebar dari ultraviolet dalam ke inframerah.
Penelitian ini tidak hanya memiliki kepentingan signifikan dalam bidang fundamental fotonik, tetapi juga membuka situasi baru bagi bidang industri dan aplikasi. Misalnya, dalam bidang-bidang seperti pencitraan mikroskop multi-foton, spektroskopi resolusi waktu ultra cepat, pemrosesan material, pengobatan presisi, dan penelitian optik nonlinier ultra cepat, jenis sumber cahaya ultra cepat baru yang ringkas, efisien, dan berbiaya rendah ini akan memberikan pengguna perangkat dan fleksibilitas yang tak tertandingi. Terutama dalam skenario yang membutuhkan tingkat pengulangan tinggi, daya puncak, dan pulsa ultra-pendek, teknologi ini tidak diragukan lagi lebih kompetitif dan memiliki potensi promosi yang lebih besar dibandingkan dengan sistem amplifikasi titanium-safir atau parametrik optik tradisional.
Ke depannya, tim peneliti berencana untuk mengoptimalkan sistem lebih lanjut, misalnya dengan mengintegrasikan arsitektur yang ada saat ini yang berisi beberapa komponen optik ruang bebas ke dalam serat optik, atau bahkan menggunakan satu osilator Mamyshev untuk menggantikan kombinasi osilator dan penguat yang ada, guna mencapai miniaturisasi dan integrasi sistem. Selain itu, dengan beradaptasi dengan berbagai jenis serat anti-resonansi, memperkenalkan gas aktif Raman, dan modul pengganda frekuensi, sistem ini diharapkan dapat diperluas ke pita yang lebih lebar, menyediakan solusi laser ultra cepat, pita lebar, dan serba serat untuk berbagai bidang seperti ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah.
Gambar 1. Diagram skema penyetelan laser berdenyut
Waktu posting: 28 Mei 2025