От точной обработки до расширенной микроскопии спрос на более высокую - мощность, сверхбыстрые лазеры продолжают расти. Традиционно исследователи полагаются на однократные волокна режима для построения этих лазеров, но они сталкиваются с фундаментальным физическим ограничением на выработку энергии. Чтобы прорваться через это узкое место, мы обратились к мультимодным волокнам, которые могут нести много режимов света -, по существу, различные формы света - одновременно, метод, известный как пространственно -временная режим - блокировка (STML).
Тем не менее, получение этих разных способов работать вместе в гармонии было серьезной проблемой. В нашем последнем исследовании, опубликованном вОптические письмаМы разработали новую технику, которая позволяет нам точно и независимо контролировать каждый из этих поперечных режимов, что приводит к резкому повышению лазерной мощности и универсальности.
Основная проблема, с которой мы столкнулись, известна как межмодальная дисперсия. В многомодовом волокне разные режимы света движутся с немного разными скоростями. Это несоответствие скорости заставляет лазерные импульсы распространяться и отделяться во времени и пространстве, предотвращая образование стабильных, высоких - мощных импульсов. В предыдущих методах STML обычно использовался метод, называемый пространственной фильтрацией, для компенсации этой дисперсии, но этот подход ограничивает количество режимов, которые можно заблокировать вместе, тем самым ограничивая потенциальное повышение мощности.
Чтобы решить это, мы предложили методику управления разделением поперечного режима. Наш подход прост: мы используем устройство, называемое мультиплексором/демольтиплексером режима (MUX/DEMUX) для разделения смешанного пучка внутри мультимодного волокна на отдельные каналы, по одному для каждого режима. После отделения мы можем управлять дисперсией (т. Е. Задержкой движения) для каждого режима независимо, добавив точную длину компенсационного волокна в каждый канал.
После оптимизации каждого режима мы рекомбинируем их мультиплексором в единый, мощный и когерентный луч. Этот метод теоретически позволяет нам блокировать любое количество режимов, максимизируя энергетический потенциал волокна.
Мы реализовали нашу технику на рисунке - восемь, yb -, легированный, все - волокно, пространственно -временное, режим - заблокированный лазер. Экспериментальные результаты были очень обнадеживающими. Заблокировав четыре поперечных режима (LP01, LP11, LP21 и LP02) одновременно, мы достигли диссипативных импульсов солитона с 15 NJ энергии с частотой повторения 14,49 МГц.
Важно отметить, что мы продемонстрировали, что выходная мощность масштабирует с количеством режимов участия. Когда четыре режима были заблокированы одновременно, эффективность наклона лазера - показатель того, насколько эффективно он преобразует мощность насоса в выходную мощность - достиг 7,9%, что более чем вдвое превышает эффективность 3,79% операции режима-.
Кроме того, наша техника предлагает беспрецедентный луч - способности формирования. Динамически выбрав комбинацию режимов, участвующих в блокировке режима -, мы успешно сгенерировали Quasi - Flat - верхний луч с однородным профилем интенсивности. Этот специализированный луч достиг средней выходной мощности 150 МВт, а единственная энергия импульса - 10,4 нДж при мощности насоса 3 Вт. Наш лазер также продемонстрировал превосходный длинный - стабильность с минимальным центром - дрейф частоты после 12 часов непрерывной работы.
В заключение мы разработали и экспериментально подтвердили новую методику управления, которая преодолевает узкое место масштабируемости ядра - в лазерах STML. Независимо контролировать дисперсию каждого поперечного режима, наша схема обеспечивает жизнеспособный путь к синхронизации любого количества режимов и максимизации извлечения энергии.
Мы считаем, что эта универсальная структура для Multi - режима режима пространственно -временной динамики контролирует путь для следующего поколения сверхбыстрых источников света, многообещающих эффективных применений в области точного изготовления, нелинейной микроскопии и аттасековой науки.
Эта история является частью диалога Science X, где исследователи могут сообщить о результатах из своих опубликованных исследовательских статей. Посетите эту страницу для получения информации о диалоговом окне Science X и о том, как участвовать.
