अति उच्च पुनरावृति दर वाला स्पंदित लेजर

अति उच्च पुनरावृति दर वाला स्पंदित लेजर

प्रकाश और पदार्थ के बीच परस्पर क्रिया की सूक्ष्म दुनिया में, अति-उच्च पुनरावृति दर वाले स्पंद (UHRP) समय के सटीक मापक के रूप में कार्य करते हैं – वे प्रति सेकंड एक अरब से अधिक बार (1GHz) दोलन करते हैं, स्पेक्ट्रल इमेजिंग में कैंसर कोशिकाओं के आणविक फिंगरप्रिंट को कैप्चर करते हैं, ऑप्टिकल फाइबर संचार में भारी मात्रा में डेटा का परिवहन करते हैं, और दूरबीनों में तारों के तरंगदैर्ध्य निर्देशांकों को कैलिब्रेट करते हैं। विशेष रूप से लिडार के पता लगाने के आयाम में हुई प्रगति के साथ, टेराहर्ट्ज़ अति-उच्च पुनरावृति दर वाले स्पंदित लेजर (100-300 GHz) व्यतिकरण परत को भेदने के लिए शक्तिशाली उपकरण बन रहे हैं, जो फोटॉन स्तर पर स्थानिक-सामयिक हेरफेर शक्ति के साथ त्रि-आयामी धारणा की सीमाओं को नया आकार दे रहे हैं। वर्तमान में, कृत्रिम सूक्ष्म संरचनाओं, जैसे कि माइक्रो-रिंग कैविटी, जिनका उपयोग चार-तरंग मिश्रण (FWM) उत्पन्न करने के लिए नैनोस्केल प्रसंस्करण सटीकता की आवश्यकता होती है, का उपयोग अति-उच्च पुनरावृति दर वाले ऑप्टिकल स्पंद प्राप्त करने के मुख्य तरीकों में से एक है। वैज्ञानिक अतिसूक्ष्म संरचनाओं के प्रसंस्करण में इंजीनियरिंग संबंधी समस्याओं, पल्स आरंभ के दौरान आवृत्ति ट्यूनिंग की समस्या और पल्स उत्पन्न होने के बाद रूपांतरण दक्षता की समस्या को हल करने पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। एक अन्य तरीका है अत्यधिक अरैखिक तंतुओं का उपयोग करना और लेजर कैविटी के भीतर मॉड्यूलेशन अस्थिरता प्रभाव या FWM प्रभाव का उपयोग करके अल्ट्रा-माइक्रोन पल्स (UHRPs) को उत्तेजित करना। अब तक, हमें एक अधिक कुशल "टाइम शेपर" की आवश्यकता है।

अपव्ययी एफडब्ल्यूएम प्रभाव को उत्तेजित करने के लिए अति-तीव्र स्पंदों को प्रक्षेपित करके यूएचआरपी उत्पन्न करने की प्रक्रिया को "अति-तीव्र प्रज्वलन" कहा जाता है। ऊपर वर्णित कृत्रिम माइक्रोरिंग गुहा योजना से भिन्न, जिसमें निरंतर पंपिंग, स्पंदन उत्पादन को नियंत्रित करने के लिए डीट्यूनिंग का सटीक समायोजन और एफडब्ल्यूएम सीमा को कम करने के लिए अत्यधिक अरैखिक माध्यमों का उपयोग आवश्यक होता है, यह "प्रज्वलन" एफडब्ल्यूएम को सीधे उत्तेजित करने के लिए अति-तीव्र स्पंदों की शिखर शक्ति विशेषताओं पर निर्भर करता है, और "प्रज्वलन बंद" होने के बाद, स्व-स्थायी यूएचआरपी प्राप्त करता है।

चित्र 1, विघटनकारी फाइबर रिंग कैविटीज़ के अति-तीव्र बीज पल्स उत्तेजना पर आधारित पल्स स्व-संगठन प्राप्त करने की मूल प्रक्रिया को दर्शाता है। बाह्य रूप से प्रक्षेपित अति-लघु बीज पल्स (अवधि T0, पुनरावृति आवृत्ति F) विघटनकारी कैविटी के भीतर एक उच्च-शक्ति पल्स क्षेत्र को उत्तेजित करने के लिए "प्रज्वलन स्रोत" के रूप में कार्य करता है। अंतःकोशिकीय लाभ मॉड्यूल, स्पेक्ट्रल शेपर के साथ मिलकर, समय-आवृत्ति डोमेन में संयुक्त विनियमन के माध्यम से बीज पल्स ऊर्जा को कंघी के आकार की स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया में परिवर्तित करता है। यह प्रक्रिया पारंपरिक निरंतर पंपिंग की सीमाओं को तोड़ती है: बीज पल्स विघटनकारी FWM सीमा तक पहुँचने पर बंद हो जाता है, और विघटनकारी कैविटी लाभ और हानि के गतिशील संतुलन के माध्यम से पल्स की स्व-संगठित स्थिति को बनाए रखती है, जिसमें पल्स पुनरावृति आवृत्ति Fs होती है (जो कैविटी की आंतरिक आवृत्ति FF और अवधि T के अनुरूप होती है)।

इस अध्ययन में सैद्धांतिक सत्यापन भी किया गया। प्रायोगिक सेटअप में अपनाए गए मापदंडों के आधार पर और 1ps के साथअल्ट्राफास्ट पल्स लेजरप्रारंभिक क्षेत्र के रूप में, लेजर कैविटी के भीतर पल्स के समय डोमेन और आवृत्ति की विकास प्रक्रिया पर संख्यात्मक सिमुलेशन किया गया। यह पाया गया कि पल्स तीन चरणों से गुज़री: पल्स विभाजन, पल्स आवधिक दोलन और संपूर्ण लेजर कैविटी में पल्स का समान वितरण। यह संख्यात्मक परिणाम लेजर कैविटी की स्व-संगठित विशेषताओं को भी पूरी तरह से सत्यापित करता है।पल्स लेजर.

अल्ट्राफास्ट सीड पल्स इग्निशन के माध्यम से विघटनकारी फाइबर रिंग कैविटी के भीतर चार-तरंग मिश्रण प्रभाव को सक्रिय करके, सब-THZ अल्ट्रा-हाई रिपीटिशन फ्रीक्वेंसी पल्स (सीड बंद होने के बाद 0.5W पावर का स्थिर आउटपुट) का स्व-संगठित उत्पादन और रखरखाव सफलतापूर्वक प्राप्त किया गया, जिससे लिडार क्षेत्र के लिए एक नए प्रकार का प्रकाश स्रोत प्राप्त हुआ: इसकी सब-THZ स्तर की रीफ्रीक्वेंसी पॉइंट क्लाउड रिज़ॉल्यूशन को मिलीमीटर स्तर तक बढ़ा सकती है। पल्स की स्व-संरक्षण क्षमता सिस्टम की ऊर्जा खपत को काफी कम करती है। ऑल-फाइबर संरचना 1.5 μm आई सेफ्टी बैंड में उच्च स्थिरता संचालन सुनिश्चित करती है। भविष्य में, इस तकनीक से वाहन-माउंटेड लिडार के विकास को लघुकरण (MZI माइक्रो-फिल्टर पर आधारित) और लंबी दूरी की पहचान (1W से अधिक पावर विस्तार) की ओर अग्रसर करने और बहु-तरंगदैर्ध्य समन्वित इग्निशन और बुद्धिमान विनियमन के माध्यम से जटिल वातावरण की धारणा आवश्यकताओं के अनुकूल होने की उम्मीद है।