Laser berdenyut dengan tingkat pengulangan ultra-tinggi

Laser berdenyut dengan tingkat pengulangan ultra-tinggi

Dalam dunia mikroskopis interaksi antara cahaya dan materi, pulsa laju pengulangan ultra-tinggi (UHRP) bertindak sebagai pengatur waktu yang presisi – pulsa ini berosilasi lebih dari satu miliar kali per detik (1GHz), menangkap sidik jari molekuler sel kanker dalam pencitraan spektral, membawa data dalam jumlah besar dalam komunikasi serat optik, dan mengkalibrasi koordinat panjang gelombang bintang dalam teleskop. Terutama dalam lompatan dimensi deteksi lidar, laser pulsa laju pengulangan ultra-tinggi terahertz (100-300 GHz) menjadi alat yang ampuh untuk menembus lapisan interferensi, membentuk kembali batas persepsi tiga dimensi dengan daya manipulasi spasiotemporal pada tingkat foton. Saat ini, penggunaan struktur mikro buatan, seperti rongga cincin mikro yang memerlukan akurasi pemrosesan skala nano untuk menghasilkan pencampuran empat gelombang (FWM), merupakan salah satu metode utama untuk mendapatkan pulsa optik laju pengulangan ultra-tinggi. Para ilmuwan berfokus pada pemecahan masalah rekayasa dalam pemrosesan struktur ultra-halus, masalah penyetelan frekuensi selama inisiasi pulsa, dan masalah efisiensi konversi setelah pembangkitan pulsa. Pendekatan lain adalah menggunakan serat yang sangat nonlinier dan memanfaatkan efek ketidakstabilan modulasi atau efek FWM di dalam rongga laser untuk mengeksitasi UHRP. Sejauh ini, kita masih membutuhkan "pembentuk waktu" yang lebih canggih.

Proses pembangkitan UHRP dengan menyuntikkan pulsa ultra cepat untuk memicu efek FWM disipatif disebut sebagai "pengapian ultra cepat". Berbeda dengan skema rongga mikroring buatan yang telah disebutkan sebelumnya, yang membutuhkan pemompaan berkelanjutan, penyesuaian detuning yang presisi untuk mengontrol pembangkitan pulsa, dan penggunaan media yang sangat nonlinier untuk menurunkan ambang batas FWM, "pengapian" ini bergantung pada karakteristik daya puncak pulsa ultra cepat untuk langsung memicu FWM, dan setelah "pengapian dimatikan", tercapailah UHRP yang mandiri.

Gambar 1 mengilustrasikan mekanisme inti pencapaian pengorganisasian diri pulsa berdasarkan eksitasi pulsa benih ultracepat pada rongga cincin serat disipatif. Pulsa benih ultrapendek yang disuntikkan secara eksternal (periode T0, frekuensi pengulangan F) berfungsi sebagai "sumber pengapian" untuk mengeksitasi medan pulsa berdaya tinggi di dalam rongga disipasi. Modul penguatan intraseluler bekerja secara sinergis dengan pembentuk spektral untuk mengubah energi pulsa benih menjadi respons spektral berbentuk sisir melalui regulasi bersama dalam domain waktu-frekuensi. Proses ini menembus batasan pemompaan kontinu tradisional: pulsa benih mati ketika mencapai ambang batas FWM disipasi, dan rongga disipasi mempertahankan keadaan pengorganisasian diri pulsa melalui keseimbangan dinamis antara penguatan dan kehilangan, dengan frekuensi pengulangan pulsa menjadi Fs (sesuai dengan frekuensi intrinsik FF dan periode T rongga).

Penelitian ini juga melakukan verifikasi teoritis. Berdasarkan parameter yang digunakan dalam pengaturan eksperimen dan dengan 1pslaser pulsa ultra cepatSebagai medan awal, simulasi numerik dilakukan terhadap proses evolusi domain waktu dan frekuensi pulsa di dalam rongga laser. Ditemukan bahwa pulsa melewati tiga tahap: pemisahan pulsa, osilasi periodik pulsa, dan distribusi seragam pulsa di seluruh rongga laser. Hasil numerik ini juga sepenuhnya memverifikasi karakteristik pengaturan mandiri darilaser pulsa.

Dengan memicu efek pencampuran empat gelombang di dalam rongga cincin serat disipatif melalui pengapian pulsa seed ultra cepat, pembangkitan dan pemeliharaan pulsa frekuensi pengulangan ultra tinggi sub-THZ yang terorganisir sendiri (daya keluaran stabil 0,5W setelah seed dimatikan) berhasil dicapai, menyediakan jenis sumber cahaya baru untuk bidang lidar: Frekuensi ulang level sub-THZ-nya dapat meningkatkan resolusi titik awan hingga tingkat milimeter. Fitur penopang pulsa secara signifikan mengurangi konsumsi energi sistem. Struktur serat sepenuhnya memastikan operasi stabilitas tinggi pada pita pengaman mata 1,5 μm. Ke depannya, teknologi ini diharapkan dapat mendorong evolusi lidar yang dipasang di kendaraan menuju miniaturisasi (berdasarkan mikrofilter MZI) dan deteksi jarak jauh (ekspansi daya hingga > 1W), serta lebih lanjut beradaptasi dengan persyaratan persepsi lingkungan yang kompleks melalui pengapian terkoordinasi multi-panjang gelombang dan regulasi cerdas.