از ماشینکاری دقیق گرفته تا میکروسکوپ پیشرفته ، تقاضا برای قدرت بالاتر-} ، لیزرهای ultrafast همچنان در حال رشد هستند. به طور سنتی ، محققان برای ساخت این لیزرها به الیاف حالت- تکیه کرده اند ، اما با یک محدودیت فیزیکی اساسی در تولید انرژی روبرو هستند. برای عبور از این تنگنا ، ما به الیاف چند حالته روی آورده ایم ، که می تواند بسیاری از حالت های نوری را حمل کند- اساساً اشکال مختلف نور- به یکباره ، تکنیکی معروف به حالت فضایی 6} قفل (STML).
با این حال ، دستیابی به این حالت های مختلف برای همکاری با هماهنگی یک چالش مهم بوده است. در آخرین تحقیقات ما ، منتشر شده درنامه های اپتیک، ما یک تکنیک جدید ایجاد کرده ایم که به ما امکان می دهد هر یک از این حالت های عرضی را به طور دقیق و مستقل کنترل کنیم و منجر به افزایش چشمگیر قدرت لیزر و تطبیق پذیری شود.
مشکل اصلی که با آن روبرو شدیم به عنوان پراکندگی بین المللی شناخته می شود. در یک فیبر چند حالته ، حالت های مختلف نور با سرعت کمی متفاوت حرکت می کنند. این عدم تطابق سرعت باعث می شود که پالس های لیزر در زمان و مکان از هم جدا و جدا شوند و از تشکیل پالس های قدرت پایدار ، بالا {2} جلوگیری کنند. تکنیک های قبلی STML به طور معمول از روشی به نام فیلتر مکانی برای جبران این پراکندگی استفاده می کردند ، اما این رویکرد تعداد حالت هایی را که می توانند در کنار هم قفل شوند ، محدود می کند و از این طریق تقویت قدرت بالقوه را محدود می کند.
برای حل این مسئله ، ما یک تکنیک کنترل تقسیم حالت های عرضی را پیشنهاد کردیم. رویکرد ما ساده است: ما از دستگاهی به نام Multiplexer/Demultiplexer (MUX/DEMUX) استفاده می کنیم تا پرتوی مخلوط را در داخل فیبر مولتی حالت در کانال های جداگانه جدا کنیم ، یکی برای هر حالت. پس از جدا شدن ، می توانیم با اضافه کردن طول دقیق جبران فیبر به هر کانال ، پراکندگی (یعنی تأخیر در سفر) را برای هر حالت به طور مستقل مدیریت کنیم.
پس از بهینه سازی هر حالت ، ما آنها را با یک مولتیپلر در یک پرتوی واحد ، قدرتمند و منسجم نوترکیب می کنیم. این روش از لحاظ تئوریکی به ما امکان می دهد تا هر تعداد حالت را قفل کنیم و پتانسیل انرژی فیبر را به حداکثر برسانیم.
ما تکنیک خود را در یک شکل - هشت ، yb- doped ، همه -} فیبر ، Spatiotemporal ، حالت- لیزر قفل شده اجرا کردیم. نتایج تجربی بسیار دلگرم کننده بود. با قفل کردن چهار حالت عرضی (LP01 ، LP11 ، LP21 و LP02) به طور همزمان ، پالس های سلیتون اتلاف را با 15 NJ انرژی با سرعت تکرار 14.49 مگاهرتز به دست آوردیم.
از نظر مهم ، ما نشان دادیم که مقیاس قدرت خروجی با تعداد حالت های شرکت کننده. هنگامی که چهار حالت به طور همزمان قفل شدند ، راندمان شیب لیزر- اندازه گیری از چگونگی کارآمد آن قدرت پمپ را به قدرت خروجی تبدیل می کند - به 7.9 ٪ رسید ، که بیش از دو برابر راندمان 3.79 ٪ عملکرد حالت 5 {5 {5 {.
علاوه بر این ، تکنیک ما پرتوهای بی سابقه ای را ارائه می دهد -} شکل دهی. با انتخاب پویا ترکیب حالت های درگیر در قفل حالت - ، ما با موفقیت یک شبه- Flat-}}}}}} با یک پروفایل شدت یکنواخت ایجاد کردیم. این پرتو تخصصی به طور متوسط قدرت خروجی 150 مگاوات و یک انرژی پالس منفرد 10.4 نانومتر در قدرت پمپ 3 W را بدست آورد. لیزر ما همچنین ثبات عالی {10} term عالی را نشان داد ، با حداقل مرکز- فرکانس بعد از 12 ساعت عملکرد مداوم.
در نتیجه ، ما یک تکنیک کنترل جدید را توسعه داده ایم و به صورت تجربی تأیید کرده ایم که بر قدرت اصلی-} تنگنای مقیاس پذیری در لیزرهای فیبر STML غلبه می کند. با کنترل مستقل پراکندگی هر حالت عرضی ، طرح ما یک مسیر مناسب برای همگام سازی هر تعداد حالت و به حداکثر رساندن استخراج انرژی فراهم می کند.
ما معتقدیم این چارچوب جهانی برای کنترل دینامیک مکانی چند {{0} mode ، راه را برای نسل بعدی منابع نور فوق العاده ، نویدبخش برنامه های تأثیرگذار در ساخت دقیق ، میکروسکوپ غیرخطی و علوم Attosecond هموار می کند.
این داستان بخشی از گفتگوی Science X است ، جایی که محققان می توانند یافته های مربوط به مقالات تحقیقاتی منتشر شده خود را گزارش دهند. برای اطلاعات در مورد گفتگوی Science X و نحوه شرکت در این صفحه به این صفحه مراجعه کنید.
