Fra præcisionsbearbejdning til avanceret mikroskopi, efterspørgslen efter højere - strøm, fortsætter ultrahastiske lasere med at vokse. Traditionelt har forskere været afhængige af single - mode -fibre til at opbygge disse lasere, men de står over for en grundlæggende fysisk grænse for energiproduktionen. For at bryde igennem denne flaskehals har vi vendt os til multimode -fibre, som kan bære mange lette tilstande - i det væsentlige forskellige former af lys - på én gang, en teknik, der er kendt som spatiotemporal tilstand - Locking (STML).
At få disse forskellige tilstande til at arbejde sammen i harmoni har imidlertid været en betydelig udfordring. I vores seneste forskning, der er offentliggjort iOptikbrev, har vi udviklet en ny teknik, der giver os mulighed for nøjagtigt og uafhængigt at kontrollere hver af disse tværgående tilstande, hvilket fører til et dramatisk løft i laserkraft og alsidighed.
Det centrale problem, vi stod overfor, er kendt som intermodal spredning. I en multimodefiber kører forskellige lystilstande med lidt forskellige hastigheder. Denne hastighedsmismatch får laserimpulser til at sprede sig og adskilles i tid og rum, hvilket forhindrer dannelse af stabile, høje- effektimpulser. Tidligere STML -teknikker anvendte typisk en metode kaldet rumlig filtrering for at kompensere for denne spredning, men denne fremgangsmåde begrænser antallet af tilstande, der kan låses sammen, og derved afdækker den potentielle effektforbedring.
For at løse dette foreslog vi en tværgående tilstande divisionskontrolteknik. Vores tilgang er ligetil: Vi bruger en enhed kaldet en tilstand multiplexer/demultiplexer (mux/demux) til at adskille den blandede bjælke inde i multimodefiberen i individuelle kanaler, en for hver tilstand. Når vi er adskilt, kan vi styre spredningen (dvs. rejseforsinkelsen) for hver tilstand uafhængigt af at tilføje nøjagtige længder af kompenserende fiber til hver kanal.
Efter optimering af hver tilstand rekombinerer vi dem med en multiplexer til en enkelt, kraftfuld og sammenhængende stråle. Denne metode giver os teoretisk mulighed for at låse ethvert antal tilstande, der maksimerer fiberens energipotentiale.
Vi implementerede vores teknik i en figur - otte, Yb - dopet, alle - fiber, spatiotemporal, tilstand - låst laser. De eksperimentelle resultater var meget opmuntrende. Ved at låse fire tværgående tilstande (LP01, LP11, LP21 og LP02) samtidig opnåede vi dissipative solitonimpulser med 15 NJ energi ved en gentagelseshastighed på 14,49 MHz.
Af afgørende betydning demonstrerede vi, at udgangseffekten skalerer med antallet af deltagende tilstande. Når fire tilstande blev låst samtidigt, var laserens hældningseffektivitet - et mål for, hvor effektivt det konverterer pumpeffekt til udgangseffekt - nåede 7,9%, hvilket er mere end det dobbelte af 3,79% effektiviteten af en enkelt {{5} mode -drift.
Desuden tilbyder vores teknik hidtil uset bjælke - formningskapaciteter. Ved dynamisk at vælge kombinationen af tilstande, der er involveret i tilstanden - låsning, genererede vi med succes en kvasi - flad - topstråle med en ensartet intensitetsprofil. Denne specialiserede bjælke opnåede en gennemsnitlig udgangseffekt på 150 MW og en enkelt pulsenergi på 10,4 NJ ved en pumpekraft på 3 W. Vores laser demonstrerede også fremragende lang - udtrykstabilitet, med minimalt center - frekvensdrift efter 12 timers kontinuerlig drift.
Afslutningsvis har vi udviklet og eksperimentelt valideret en ny kontrolteknik, der overvinder kernetrømmen - skalerbarhedsflaskehals i STML -fiberlasere. Ved uafhængigt at kontrollere spredningen af hver tværgående tilstand giver vores skema en levedygtig sti til at synkronisere et vilkårligt antal tilstande og maksimere energiekstraktion.
Vi mener, at denne universelle ramme for multi - -tilstand spatiotemporal dynamik kontrolbelægger baner vejen for den næste generation af ultrahastede lyskilder, lovende virkningsfulde anvendelser i præcisionsfremstilling, ikke -lineær mikroskopi og attosecond videnskab.
Denne historie er en del af Science X -dialogen, hvor forskere kan rapportere fund fra deres offentliggjorte forskningsartikler. Besøg denne side for information om Science X -dialogen og hvordan man deltager.
