Laser pulsa dengan laju pengulangan ultra tinggi
Dalam dunia mikroskopis interaksi antara cahaya dan materi, pulsa dengan laju pengulangan ultra tinggi (UHRP) bertindak sebagai pengukur waktu yang presisi – pulsa ini berosilasi lebih dari satu miliar kali per detik (1 GHz), menangkap sidik jari molekuler sel kanker dalam pencitraan spektral, membawa sejumlah besar data dalam komunikasi serat optik, dan mengkalibrasi koordinat panjang gelombang bintang dalam teleskop. Terutama dalam lompatan dimensi deteksi lidar, laser pulsa terahertz dengan laju pengulangan ultra tinggi (100-300 GHz) menjadi alat yang ampuh untuk menembus lapisan interferensi, membentuk kembali batas-batas persepsi tiga dimensi dengan kekuatan manipulasi spasial dan temporal pada tingkat foton. Saat ini, penggunaan struktur mikro buatan, seperti rongga cincin mikro yang membutuhkan akurasi pemrosesan skala nano untuk menghasilkan pencampuran empat gelombang (FWM), adalah salah satu metode utama untuk mendapatkan pulsa optik dengan laju pengulangan ultra tinggi. Para ilmuwan berfokus pada penyelesaian 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 membangkitkan UHRP. Sejauh ini, kita masih membutuhkan "pembentuk waktu" yang lebih terampil.
Proses pembangkitan UHRP dengan menyuntikkan pulsa ultra cepat untuk membangkitkan efek FWM disipatif digambarkan sebagai "penyalaan ultra cepat". Berbeda dengan skema rongga cincin mikro buatan yang disebutkan di atas yang membutuhkan pemompaan terus menerus, penyesuaian detuning yang tepat untuk mengontrol pembangkitan pulsa, dan penggunaan media yang sangat nonlinier untuk menurunkan ambang batas FWM, "penyalaan" ini bergantung pada karakteristik daya puncak pulsa ultra cepat untuk secara langsung membangkitkan FWM, dan setelah "penyalaan dimatikan", mencapai UHRP yang berkelanjutan.
Gambar 1 mengilustrasikan mekanisme inti pencapaian pengaturan diri pulsa berdasarkan eksitasi pulsa awal ultra cepat dari rongga cincin serat disipatif. Pulsa awal ultra pendek yang disuntikkan secara eksternal (periode T0, frekuensi pengulangan F) berfungsi sebagai "sumber pengapian" untuk mengeksitasi medan pulsa daya tinggi di dalam rongga disipasi. Modul penguatan intraseluler bekerja secara sinergis dengan pembentuk spektrum untuk mengubah energi pulsa awal menjadi respons spektrum berbentuk sisir melalui pengaturan bersama dalam domain waktu-frekuensi. Proses ini menembus keterbatasan pemompaan kontinu tradisional: pulsa awal mati ketika mencapai ambang batas FWM disipasi, dan rongga disipasi mempertahankan keadaan pengaturan diri pulsa melalui keseimbangan dinamis antara penguatan dan kehilangan, dengan frekuensi pengulangan pulsa Fs (sesuai dengan frekuensi intrinsik FF dan periode T dari rongga).
Studi ini juga melakukan verifikasi teoritis. Berdasarkan parameter yang diadopsi dalam pengaturan eksperimental dan dengan 1pslaser pulsa ultra cepatSebagai medan awal, simulasi numerik dilakukan pada proses evolusi domain waktu dan frekuensi pulsa di dalam rongga laser. Ditemukan bahwa pulsa melewati tiga tahap: pemisahan pulsa, osilasi periodik pulsa, dan distribusi pulsa yang seragam di seluruh rongga laser. Hasil numerik ini juga sepenuhnya memverifikasi karakteristik pengaturan diri darilaser pulsa.
Dengan memicu efek pencampuran empat gelombang di dalam rongga cincin serat disipatif melalui penyalaan pulsa awal ultra cepat, pembangkitan dan pemeliharaan pulsa frekuensi pengulangan ultra tinggi sub-THZ yang terorganisasi sendiri (output stabil daya 0,5W setelah pulsa awal dimatikan) berhasil dicapai, menyediakan jenis sumber cahaya baru untuk bidang lidar: Frekuensi ulang tingkat sub-THZ-nya dapat meningkatkan resolusi awan titik hingga tingkat milimeter. Fitur pemeliharaan pulsa mandiri secara signifikan mengurangi konsumsi energi sistem. Struktur serat optik sepenuhnya memastikan operasi stabilitas tinggi dalam pita keamanan mata 1,5 μm. Ke depannya, teknologi ini diharapkan dapat mendorong evolusi lidar yang terpasang pada kendaraan menuju miniaturisasi (berdasarkan mikro-filter MZI) dan deteksi jarak jauh (ekspansi daya hingga > 1W), dan lebih lanjut beradaptasi dengan persyaratan persepsi lingkungan yang kompleks melalui penyalaan terkoordinasi multi-gelombang dan pengaturan cerdas.
Waktu posting: 08 Juli 2025