Van precisiebewerking tot geavanceerde microscopie, de vraag naar hogere - kracht, ultrasnelle lasers blijven groeien. Traditioneel vertrouwden onderzoekers op single - modusvezels om deze lasers te bouwen, maar ze worden geconfronteerd met een fundamentele fysieke limiet op de energie -output. Om dit knelpunt door te breken, hebben we ons gewend tot multimode -vezels, die veel lichte modi kunnen dragen - in wezen verschillende vormen van licht - tegelijk een techniek die bekend staat als spatiotemporale modus - vergrendeling (stml).
Het is echter een belangrijke uitdaging om deze verschillende modi te laten samenwerken in Harmony. In ons laatste onderzoek, gepubliceerd inOptische letters, we hebben een nieuwe techniek ontwikkeld waarmee we elk van deze transversale modi nauwkeurig en onafhankelijk kunnen regelen, wat leidt tot een dramatische boost in laservermogen en veelzijdigheid.
Het kernprobleem waarmee we geconfronteerd werden, staat bekend als intermodale dispersie. In een multimode -vezel reizen verschillende lichtmodi met iets verschillende snelheden. Deze snelheidsmismatch zorgt ervoor dat de laserpulsen zich verspreiden en scheiden in tijd en ruimte, waardoor de vorming van stabiele, hoog - vermogenspulsen wordt voorkomen. Eerdere STML -technieken gebruikten meestal een methode genaamd ruimtelijke filtering om deze dispersie te compenseren, maar deze benadering beperkt het aantal modi dat aan elkaar kan worden vergrendeld, waardoor de potentiële vermogensverbetering wordt afgegeven.
Om dit op te lossen, stelden we een transversale modi -divisie -besturingstechniek voor. Onze aanpak is eenvoudig: we gebruiken een apparaat genaamd een modus multiplexer/demultiplexer (mux/demux) om de gemengde balk in de multimode -vezel in afzonderlijke kanalen te scheiden, één voor elke modus. Eenmaal gescheiden, kunnen we de dispersie (dwz de reisvertraging) voor elke modus onafhankelijk beheren door precieze lengtes van compensatie van vezels aan elk kanaal toe te voegen.
Na het optimaliseren van elke modus, recombineren we ze met een multiplexer in een enkele, krachtige en coherente balk. Met deze methode kunnen we theoretisch een willekeurig aantal modi vergrendelen, waardoor het energiepotentieel van de vezel wordt gemaximaliseerd.
We hebben onze techniek geïmplementeerd in een figuur - acht, yb - gedoped, alle - vezel, spatiotemporaal, modus - vergrendelde laser. De experimentele resultaten waren zeer bemoedigend. Door vier transversale modi (LP01, LP11, LP21 en LP02) te vergrendelen, bereikten we dissipatieve solitonpulsen met 15 NJ energie met een herhalingssnelheid van 14,49 MHz.
Cruciaal is dat we hebben aangetoond dat de uitgangskostenschalen met het aantal deelnemende modi. Wanneer vier modi tegelijkertijd werden vergrendeld, bereikte de hellingsefficiëntie van de laser - een maat voor hoe efficiënt het pompvermogen converteert om het vermogen te uitgaan - 7,9%, wat meer dan het dubbele is van de efficiëntie van 3,79% van single - mode.
Bovendien biedt onze techniek een ongekende straal - vormmogelijkheden. Door de combinatie van modi die betrokken zijn bij de modus - vergrendeling dynamisch te selecteren, hebben we met succes een quasi - platte - bovenste balk gegenereerd met een uniform intensiteitsprofiel. Deze gespecialiseerde bundel bereikte een gemiddeld uitgangsvermogen van 150 mW en een enkele pulsenergie van 10,4 NJ bij een pompvermogen van 3 W. Onze laser demonstreerde ook uitstekende lang - term stabiliteit, met minimaal centrum - frequentieafdrijf na 12 uur continue werking.
Concluderend hebben we een nieuwe besturingstechniek ontwikkeld en experimenteel gevalideerd die de kernkracht - schaalbaarheid Knipper in STML -vezellasers overwint. Door de dispersie van elke transversale modus onafhankelijk te regelen, biedt ons schema een haalbaar pad om een willekeurig aantal modi te synchroniseren en energie -extractie te maximaliseren.
Wij geloven dat dit universele framework voor multi {- modus Spatiotemporal Dynamics -besturing de weg vrijmaakt voor de volgende generatie ultrasnelle lichtbronnen, veelbelovende impactvolle toepassingen in precisie -fabricage, niet -lineaire microscopie en attosecondewetenschap.
Dit verhaal maakt deel uit van het dialoogvenster Science X, waar onderzoekers bevindingen uit hun gepubliceerde onderzoeksartikelen kunnen rapporteren. Bezoek deze pagina voor informatie over het dialoogvenster Wetenschap X en hoe u kunt deelnemen.
