Láser pulsado de taxa de repetición ultra alta
No mundo microscópico da interacción entre a luz e a materia, os pulsos de taxa de repetición ultraalta (UHRP) actúan como regras precisas do tempo: oscilan a máis de mil millóns de veces por segundo (1 GHz), capturando as pegadas dixitais moleculares das células cancerosas en imaxes espectrais, transportando cantidades masivas de datos en comunicacións por fibra óptica e calibrando as coordenadas de lonxitude de onda das estrelas nos telescopios. Especialmente no salto da dimensión de detección do lidar, os láseres pulsados de taxa de repetición ultraalta de terahercios (100-300 GHz) están a converterse en ferramentas poderosas para penetrar na capa de interferencia, remodelando os límites da percepción tridimensional coa potencia de manipulación espaciotemporal a nivel de fotóns. Na actualidade, o uso de microestruturas artificiais, como cavidades de microaneis que requiren precisión de procesamento a nanoescala para xerar mestura de catro ondas (FWM), é un dos principais métodos para obter pulsos ópticos de taxa de repetición ultraalta. Os científicos están a centrarse en resolver os problemas de enxeñaría no procesamento de estruturas ultrafinas, o problema do axuste de frecuencia durante o inicio do pulso e o problema da eficiencia de conversión despois da xeración de pulsos. Outra estratexia é empregar fibras altamente non lineais e aproveitar o efecto de inestabilidade de modulación ou efecto FWM dentro da cavidade láser para excitar os UHRP. Ata o de agora, aínda necesitamos un "modelador de tempo" máis hábil.
O proceso de xeración de UHRP mediante a inxección de pulsos ultrarrápidos para excitar o efecto FWM disipativo descríbese como "ignición ultrarrápida". A diferenza do esquema de cavidade de microanel artificial mencionado anteriormente, que require bombeo continuo, axuste preciso da desafinación para controlar a xeración de pulsos e uso de medios altamente non lineais para reducir o limiar de FWM, esta "ignición" baséase nas características de potencia máxima dos pulsos ultrarrápidos para excitar directamente a FWM e, despois do "apagado", conseguir unha UHRP autosostible.
A figura 1 ilustra o mecanismo central para lograr a autoorganización do pulso baseada na excitación ultrarrápida do pulso de semente de cavidades de aneis de fibra disipativa. O pulso de semente ultracurto inxectado externamente (período T0, frecuencia de repetición F) serve como "fonte de ignición" para excitar un campo de pulso de alta potencia dentro da cavidade de disipación. O módulo de ganancia intracelular traballa en sinerxía co conformador espectral para converter a enerxía do pulso de semente nunha resposta espectral en forma de peite mediante a regulación conxunta no dominio tempo-frecuencia. Este proceso rompe as limitacións do bombeo continuo tradicional: o pulso de semente apágase cando alcanza o limiar de FWM de disipación e a cavidade de disipación mantén o estado de autoorganización do pulso mediante o equilibrio dinámico de ganancia e perda, sendo a frecuencia de repetición do pulso Fs (correspondente á frecuencia intrínseca FF e ao período T da cavidade).
Este estudo tamén realizou unha verificación teórica. Baseándose nos parámetros adoptados na configuración experimental e cun 1psláser de pulso ultrarrápidoComo campo inicial, realizouse unha simulación numérica do proceso de evolución do dominio temporal e da frecuencia do pulso dentro da cavidade láser. Descubriuse que o pulso pasaba por tres etapas: división do pulso, oscilación periódica do pulso e distribución uniforme do pulso por toda a cavidade láser. Este resultado numérico tamén verifica plenamente as características de autoorganización doláser de pulso.
Ao activar o efecto de mestura de catro ondas dentro da cavidade do anel de fibra disipativa mediante a ignición ultrarrápida do pulso de semente, conseguiuse con éxito a xeración e o mantemento autoorganizados de pulsos de frecuencia de repetición ultraalta sub-THZ (saída estable de 0,5 W de potencia despois do apagado da semente), proporcionando un novo tipo de fonte de luz para o campo lidar: a súa refrecuencia de nivel sub-THZ pode mellorar a resolución da nube de puntos ata o nivel milimétrico. A característica de autosostemento do pulso reduce significativamente o consumo de enerxía do sistema. A estrutura totalmente de fibra garante un funcionamento de alta estabilidade na banda de seguridade ocular de 1,5 μm. De cara ao futuro, espérase que esta tecnoloxía impulse a evolución do lidar montado en vehículos cara á miniaturización (baseada en microfiltros MZI) e á detección de longo alcance (expansión de potencia a > 1 W), e que se adapte aínda máis aos requisitos de percepción de entornos complexos mediante a ignición coordinada de múltiples lonxitudes de onda e a regulación intelixente.
Data de publicación: 08-07-2025