Teknologi laser serat ultrafast menghasilkan femtosecond atau picosecond - tahap laser ultrashort laser, menawarkan kelebihan seperti kualiti rasuk yang tinggi, kestabilan luar biasa, dan struktur padat. Ia mendapati aplikasi yang luas dalam pemprosesan ketepatan, penyelidikan bioperubatan, spektroskopi, dan komunikasi. Laser serat ultrafast tradisional menggunakan rangka - bumi - serat doped sebagai medium keuntungan, menggunakan struktur tenaga multi - jarang - ion bumi untuk mencapai pelepasan yang dirangsang. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh jarak tahap tenaga tetap dan lebar spektrum terhad peralihan ion bumi yang jarang berlaku, output laser terhad kepada julat spektrum diskret, dengan ketara mengehadkan skop aplikasi laser serat ultrafast. Memperluaskan panjang gelombang output laser serat ultrafast di luar julat yang diliputi oleh peralihan ion bukan sahaja perkembangan semula jadi dalam pembangunan teknologi ultrafast tetapi juga menangani tuntutan praktikal merentasi penyelidikan saintifik, aplikasi perubatan, pertahanan, dan bidang lain.
Laser serat Ultrafast Raman mewakili kaedah yang berkesan untuk menghasilkan denyutan laser pada panjang gelombang tertentu. Teknik arus perdana semasa untuk menghasilkan laser Ultrafast Raman termasuk mod - mengunci, mengepam segerak, dan modulasi keuntungan optik nonlinear (NOGM). Mode - mengunci biasanya menggunakan pam gelombang berterusan -, yang memerlukan puluhan hingga beratus -ratus meter serat untuk mencapai keuntungan Raman yang mencukupi, mengakibatkan resonator dengan penyebaran yang signifikan dan tidak linear. Pengepam segerak menggunakan pam berdenyut, dengan berkesan memendekkan panjang resonator. Walau bagaimanapun, ia memerlukan penyegerakan antara nadi pam dan nadi Raman, meningkatkan kerumitan sistem. Kedua -dua teknik ini bergantung kepada struktur resonator serat, mengehadkan tenaga pulse Raman output ke julat NJ. Sebaliknya, teknologi NOGM menggunakan satu - biji frekuensi - disuntik konfigurasi penguat gentian Raman untuk menghasilkan pulsa laser energi - yang tinggi. Pada masa ini, pulsa Raman yang dihasilkan menggunakan teknik ini mencapai beratus -ratus julat NJ. Mengoptimumkan seni bina sistem untuk menghasilkan lebih tinggi - tenaga Raman tenaga adalah fokus penyelidikan utama.
Jarang - penguat hibrid bumi Raman
Pasukan penyelidikan bersama yang terdiri daripada Profesor Zhou Jiaqi dari Jabatan Teknologi dan Sistem Laser Aeroangkasa di SIOM, Akademi Sains Cina, dan Profesor Feng Yan dari Institut Penyelidikan Lanjutan Shanghai USTC, menggabungkan teknologi NOGM dengan Ytterbium -} amplifier serat. Dengan memanfaatkan mekanisme penguatan hibrid ion bumi yang jarang berlaku dan merangsang penyebaran Raman (SRS), mencapai ultra - output laser Raman cepat pada panjang gelombang 1121 nm dengan keupayaan mikrofokalisasi, di mana lebar nadi dapat dikumpulkan kepada 589 fs.
Dalam sistem nogm biasa, laser berterusan - tunggal berfungsi sebagai sumber benih, diperkuat dan dibentuk dalam serat tunggal; Laser ultrafast bertindak sebagai sumber pam, memberikan keuntungan optik tak linear melalui SRS. Penguatan hanya berlaku di kawasan bertindih temporal antara laser berterusan - laser berterusan dan laser pam, akhirnya mengubahnya menjadi nadi Raman yang disegerakkan dengan laser pam. Dalam sistem NOGM konvensional, unit amplifikasi tenaga pulse pam dan unit penukaran frekuensi optik nonlinear dipisahkan: tinggi - pembahagian panjang gelombang kuasa multiplexer dikehendaki untuk pasangan tinggi - pulsa pam tenaga dengan tunggal - frekuensi laser berterusan; Selain itu, splicing gentian gentian aktif dan pasif di bawah keadaan kuasa tinggi - menimbulkan risiko kepada kestabilan sistem istilah -. Pasukan penyelidikan membangunkan laser serat ultrafast novel jarang - Bumi Raman Hibrid penguat. Dengan menggunakan ytterbium - serat doped untuk secara serentak memberikan rare - keuntungan bumi dan keuntungan Raman, ia dapat menghasilkan pulsa Raman dengan tenaga denyut tunggal - dalam julat microjoule. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, diod beralih - menjana laser berdenyut 1065 nm dengan lebar nadi 18.3 ps, ditetapkan kepada kadar pengulangan 10 MHz, berfungsi sebagai sumber pam sistem. A Sempit - linewidth 1121 nm semikonduktor tunggal - frekuensi laser berterusan bertindak sebagai sumber benih, secara serentak masuk ke dalam penguat gentian ytterbium -.
Rajah 1 Skematik laser serat ultrafast langka - sistem penguat hibrid Raman bumi
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2 (a) - (d), tenaga denyut tunggal - dari nadi Raman 1121 nm dapat dikuatkan kepada ~ 1 μJ, dengan lebar nadi dimampatkan hingga 589 fs. Kecekapan penukaran Raman maksimum mencapai 69.9%, dan isyarat kadar pengulangan nadi - ke - nisbah bunyi mencapai 81.1 dB. Tanpa suntikan laser berterusan -, ciri -ciri nadi Raman 1121 nm ditunjukkan dalam (e) - (h). Di bawah syarat -syarat ini, pulse Raman yang dihasilkan berhampiran - bunyi - seperti ciri -ciri, dengan intensiti urutan nadi yang tidak stabil dan pengulangan yang dikurangkan - isyarat kadar - ke - nisbah bunyi 67.4 DB. Keputusan eksperimen ini mengesahkan kemungkinan suntikan biji benih frekuensi - Earth Raman dan keperluan suntikan biji frekuensi - tunggal.
Rajah 2 Ciri -ciri laser Pulse Raman dengan (a) - (d) suntikan laser laser tunggal - frekuensi dan (e) - (h) tanpa suntikan laser frekuensi laser tunggal - kekerapan laser berterusan frekuensi
Pada masa yang sama, simulasi berangka memodelkan evolusi nadi di bawah keadaan lebar nadi pam 60 ps dan diameter teras serat Raman 14.5 μm, seperti yang digambarkan dalam Rajah 3.
Rajah 3 Keputusan simulasi untuk lebar nadi pam 60 ps dan diameter teras serat kira -kira 14.5 μm
Kajian ini menunjukkan novel laser serat ultrafast ytterbium - penguat hibrid Raman, mencapai ~ 1 μJ 1121 nm output laser Raman dengan lebar nadi yang boleh dimampatkan kepada 589 fs. Simulasi berangka lanjut mendedahkan bahawa menggunakan laser pam dengan lebar nadi dan serat yang lebih luas dengan diameter teras yang lebih besar berpotensi mencapai output nadi Raman femtosecond dalam julat 10 μJ, yang merupakan tumpuan utama untuk penyelidikan berikutnya. Laser serat Raman femtosecond ini, yang mampu menghasilkan denyutan tenaga- yang tinggi pada panjang gelombang tertentu, menawarkan sokongan teknologi sumber cahaya yang menjanjikan untuk aplikasi seperti pemprosesan bahan dan pengimejan bioperubatan.
