Üliire kiudlasertehnoloogia genereerib femtosekundi või pikosekundi{0}}tasemel ülilühikesi laserimpulsse, pakkudes selliseid eeliseid nagu kiire kiire kvaliteet, erakordne stabiilsus ja kompaktne struktuur. See leiab ulatuslikke rakendusi täppistöötluses, biomeditsiinilistes uuringutes, spektroskoopias ja kommunikatsioonis. Traditsioonilised ülikiired kiudlaserid kasutavad võimenduskeskkonnana haruldaste -muldmetallidega-legeeritud kiude, kasutades stimuleeritud emissiooni saavutamiseks haruldaste-muldmetallide ioonide mitmetasandilist energiastruktuuri. Fikseeritud energiatasemete vahekauguse ja haruldaste -Maa ioonide üleminekute piiratud spektraallaiuse tõttu on laseri väljund siiski piiratud diskreetsete spektrivahemikega, mis piirab oluliselt ülikiirete kiudlaserite rakendusala. Ülikiirete kiudlaserite väljundlainepikkuse laiendamine üle iooniüleminekutega hõlmatud vahemiku ei ole mitte ainult ülikiire tehnoloogia arendamise loomulik edasiminek, vaid vastab ka praktilistele nõudmistele teadusuuringutes, meditsiinilistes rakendustes, kaitsevaldkonnas ja muudes valdkondades.
Ultrakiired Ramani kiudlaserid on tõhus meetod laserimpulsside genereerimiseks kindlatel lainepikkustel. Praegused ülikiirete Ramani laserite genereerimise põhitehnikad hõlmavad režiimi-lukustamist, sünkroonset pumpamist ja mittelineaarset optilise võimenduse modulatsiooni (NOGM). Režiimi-lukustamisel kasutatakse tavaliselt pidevat-lainepumpamist, mis nõuab piisava Ramani võimenduse saavutamiseks kümneid kuni sadu meetreid kiudu, mille tulemuseks on olulise dispersiooni ja mittelineaarsusega resonaatorid. Sünkroonne pumpamine kasutab impulsspumpamist, lühendades tõhusalt resonaatori pikkust. Kuid see nõuab pumba impulsi ja Ramani impulsi sünkroonimist, mis suurendab süsteemi keerukust. Mõlemad tehnikad põhinevad kiudresonaatori struktuuridel, piirates Ramani impulsi väljundenergiat nJ vahemikus. Seevastu NOGM-tehnoloogia kasutab suure{11}}energiaga Ramani laserimpulsside genereerimiseks ühe-sagedusega alg{10}}sissepritsega Ramani kiudvõimendi konfiguratsiooni. Praegu ulatuvad selle tehnika abil toodetud Ramani impulsid sadade nJ vahemikku. Süsteemi arhitektuuri optimeerimine suurema-energiaga Ramani impulsside genereerimiseks on uurimistöö põhirõhk.
Haruldane{0}}Maa-Ramani hübriidvõimendi
Ühine uurimisrühm, kuhu kuulusid professor Zhou Jiaqi Hiina Teaduste Akadeemia SIOM-i lennundus-lasertehnoloogia ja -süsteemide osakonnast ning professor Feng Yan USTC Shanghai täiustatud uurimisinstituudist, kombineeris NOGM-tehnoloogiat ytterbium{0}}leegeeritud kiudvõimenditega. Kasutades haruldaste -muldide ioonide hübriidvõimendusmehhanismi ja stimuleeritud Ramani hajumist (SRS), saavutades ülikiire Ramani laserväljundi lainepikkusel 1121 nm koos mikrofokaliseerimise võimalusega, kus impulsi laiust saab kokku suruda 589 fs-ni.
Tüüpilises NOGM-süsteemis toimib algallikana ühe-sagedusega pidev laser, mida võimendatakse ja kujundatakse ühes kius; ülikiire laser toimib pumba allikana, pakkudes SRS-i kaudu mittelineaarset optilist võimendust. Võimendamine toimub ainult ühe sagedusega pidevlaseri ja pumplaseri vahelises ajalises kattuvuse piirkonnas, muutes selle lõpuks pumplaseriga sünkroniseeritud Ramani impulsiks. Tavalistes NOGM-süsteemides on pumba impulsi energia võimendusseade ja mittelineaarne optilise sageduse muundamise seade eraldatud: suure-võimsusega lainepikkusjaotusega multiplekserid on vajalikud suure-energia pumba impulsside sidumiseks ühe-sagedusega pideva laseriseemnetega; pealegi kujutab aktiivsete ja passiivsete kiudude liitmine suure võimsusega -splaissimine endast ohtu süsteemi pikaajalisele-stabiilsusele. Uurimisrühm töötas välja uudse ülikiire kiudlaseriga haruldaste muldmetallide{10}}Ramani hübriidvõimendi. Kasutades ütterbium{12}}legeeritud kiudu, et pakkuda samaaegselt haruldast-muld- ja Ramani võimendust, võib see genereerida Ramani impulsse ühe impulsienergiaga{14}}mikrodžauli vahemikus. Nagu on näidatud joonisel 1, genereerib võimendus-lülitusdiood 1065 nm impulsslaserit impulsi laiusega 18,3 ps ja mis on seatud kordussagedusele 10 MHz, toimides süsteemi pumbaallikana. Kitsas-joonelaiusega 1121 nm pooljuht ühe-sagedusega pidevlaser toimib algallikana, mis sisestatakse samaaegselt ütterbium-leegeeritud kiudvõimendisse.
Joonis 1. Ülikiire kiudlaseriga haruldase-muld-Ramani hübriidvõimendisüsteemi skeem
Nagu on näidatud joonisel 2(a)-(d), saab 1121 nm Ramani impulsi üksikimpulsi energiat võimendada ~1 μJ-ni, kusjuures impulsi laius on tihendatud 589 fs-ni. Maksimaalne Ramani konversiooniefektiivsus ulatub 69,9%-ni ja impulsi kordussageduse signaali-/-müra suhe on 81,1 dB. Ilma ühe-sagedusega pideva lasersüstita on 1121 nm Ramani impulsi omadused näidatud punktis (e)-(h). Nendes tingimustes on loodud Ramani impulssil peaaegu-müra-sarnased omadused, ebastabiilse impulssjärjestuse intensiivsusega ja vähendatud kordussageduse signaali-/-müra suhe on 67,4 dB. Need katsetulemused kinnitavad haruldase maa Ramani hübriidvõimenduse NOGM teostatavust ja ühe-sagedusega seemnesüstimise vajalikkust.
Joonis 2 Ramani impulsslaseri karakteristikud (a)-(d) ühe sagedusega-pideva lasersüstiga ja (e)-(h) ilma ühe-sagedusliku pideva lasersissepritseta
Samal ajal modelleerisid numbrilised simulatsioonid impulsi arengut 60 ps pumbaimpulsi laiuse ja Ramani kiu südamiku läbimõõduga 14,5 μm tingimustes, nagu on kujutatud joonisel 3. Tulemused näitavad, et Ramani impulsi väljundid vahemikus 10 μJ on võimalik saavutada, kasutades laiemaid südamiku{{{{4}südamikuimpulsse}}.
Joonis 3 Simulatsioonitulemused pumba impulsi laiusele 60 ps ja kiu südamiku läbimõõdule ligikaudu 14,5 μm
See uuring demonstreerib uudset ülikiiret kiudlaser-ytterbium{0}}Ramani hübriidvõimendit, mis saavutab ~1 μJ 1121 nm Ramani laseri väljundist ja mille impulsi laius on kokkusurutav kuni 589 fs. Täiendavad numbrilised simulatsioonid näitavad, et laiema impulsi laiusega pumplaseri ja suurema südamiku läbimõõduga kiudude kasutamine võib potentsiaalselt saavutada femtosekundilise Ramani impulsi väljundi vahemikus 10 μJ, mis on järgnevate uuringute põhifookus. See femtosekundiline Ramani kiudlaser, mis on võimeline genereerima suure-energiaga impulsse kindlatel lainepikkustel, pakub paljulubavat valgusallika tehnoloogia tuge selliste rakenduste jaoks nagu materjalitöötlus ja biomeditsiiniline pildistamine.
