Fra presisjonsbearbeiding til avansert mikroskopi, etterspørselen etter høyere - kraft, fortsetter ultrafast lasere å vokse. Tradisjonelt har forskere vært avhengig av enkelt - modusfibre for å bygge disse laserne, men de står overfor en grunnleggende fysisk grense for energiproduksjonen. For å bryte gjennom denne flaskehalsen har vi vendt oss til multimodefibre, som kan bære mange lysmodus - i hovedsak forskjellige former av lys - på en gang, en teknikk kjent som spatiotemporal modus - låsing (STML).
Å få disse forskjellige modusene til å samarbeide i harmoni har imidlertid vært en betydelig utfordring. I vår siste forskning, publisert iOptikkbrev, Vi har utviklet en ny teknikk som lar oss presist kontrollere hver av disse tverrgående modusene, noe som fører til et dramatisk løft i laserkraft og allsidighet.
Kjerneproblemet vi møtte er kjent som intermodal spredning. I en multimodefiber reiser forskjellige lysmodus i litt forskjellige hastigheter. Denne hastighetens misforhold fører til at laserpulsene sprer seg og skiller seg i tid og rom, og forhindrer dannelse av stabile, høye - kraftpulser. Tidligere STML -teknikker brukte typisk en metode som kalles romlig filtrering for å kompensere for denne spredningen, men denne tilnærmingen begrenser antall modus som kan låses sammen, og dermed avdekke den potensielle kraftforbedringen.
For å løse dette foreslo vi en tverrgående modus -kontrollteknikk. Vår tilnærming er grei: vi bruker en enhet som kalles en modus multiplexer/demultiplexer (MUX/demux) for å skille den blandede bjelken inne i multimodefiberen i individuelle kanaler, en for hver modus. Når vi er skilt, kan vi administrere spredningen (dvs. reiseforsinkelsen) for hver modus uavhengig ved å legge til presise lengder på kompenserende fiber til hver kanal.
Etter å ha optimalisert hver modus, rekombinerer vi dem med en multiplexer til en enkelt, kraftig og sammenhengende bjelke. Denne metoden lar oss teoretisk sett låse et hvilket som helst antall modus, og maksimere fiberens energipotensial.
Vi implementerte teknikken vår i en figur - åtte, yb - dopet, alle - fiber, spatiotemporal, modus - låst laser. De eksperimentelle resultatene var veldig oppmuntrende. Ved å låse fire tverrgående modus (LP01, LP11, LP21 og LP02) samtidig oppnådde vi dissipative solitonpulser med 15 NJ energi med en repetisjonshastighet på 14,49 MHz.
Avgjørende demonstrerte vi at utgangseffekten skalerer med antall deltakende modus. Når fire modus ble låst samtidig, laser laserens skråningseffektivitet - et mål på hvor effektivt den konverterer pumpekraft til utgangseffekt - nådde 7,9%, som er mer enn det dobbelte av 3,79% effektiviteten til enkelt - modus.
Videre tilbyr teknikken vår enestående stråle - formingsevner. Ved å velge kombinasjonen av modus som er involvert i modus - låsing dynamisk, genererte vi en kvasi - flat - toppstråle med en ensartet intensitetsprofil. Denne spesialiserte strålen oppnådde en gjennomsnittlig utgangseffekt på 150 MW og en enkelt pulsenergi på 10,4 NJ ved en pumpekraft på 3 W. Vår laser demonstrerte også utmerket lang - Termstabilitet, med minimalt senter - frekvensdrift etter 12 timer med kontinuerlig drift.
Avslutningsvis har vi utviklet og eksperimentelt validert en ny kontrollteknikk som overvinner kjernekraften - skalerbarhets flaskehals i STML -fiberlasere. Ved uavhengig å kontrollere spredningen av hver tverrmodus gir ordningen vår en levedyktig vei til å synkronisere et hvilket som helst antall modus og maksimere energiutvinning.
Vi tror dette universelle rammeverket for multi - modus spatiotemporal dynamikkkontroll baner vei for neste generasjon av ultrahast lyse kilder, lovende påvirkningsfulle anvendelser i presisjonsfremstilling, ikke -lineær mikroskopi og attosekondsvitenskap.
Denne historien er en del av Science X -dialogen, der forskere kan rapportere funn fra sine publiserte forskningsartikler. Besøk denne siden for informasjon om Science X -dialog og hvordan du kan delta.
