Laser pulsatu à frequenza di ripetizione ultra-alta

Laser pulsatu à frequenza di ripetizione ultra-alta

In u mondu microscopicu di l'interazione trà a luce è a materia, l'impulsi à velocità di ripetizione ultra-alta (UHRP) agiscenu cum'è guvernatori precisi di u tempu - oscillanu à più di un miliardu di volte per seconda (1 GHz), catturendu l'impronte moleculari di e cellule cancerose in l'imaghjini spettrali, trasportendu quantità massive di dati in a cumunicazione in fibra ottica è calibrà e coordinate di lunghezza d'onda di e stelle in i telescopi. In particulare in u saltu di a dimensione di rilevazione di u lidar, i laser pulsati à velocità di ripetizione ultra-alta di terahertz (100-300 GHz) stanu diventendu strumenti putenti per penetrà u stratu di interferenza, rimodellendu i limiti di a percezione tridimensionale cù a putenza di manipulazione spatiotemporale à u livellu di i fotoni. Attualmente, l'usu di microstrutture artificiali, cum'è cavità à micro-anelli chì richiedenu una precisione di trasfurmazione nanoscala per generà una miscelazione à quattru onde (FWM), hè unu di i principali metudi per ottene impulsi ottici à velocità di ripetizione ultra-alta. I scientifichi si stanu cuncentrendu nantu à a risoluzione di i prublemi ingegneristici in u trasfurmazione di strutture ultra-fini, u prublema di sintonizazione di frequenza durante l'iniziu di l'impulsi è u prublema di efficienza di cunversione dopu a generazione di impulsi. Un altru approcciu hè di utilizà fibre altamente non lineari è utilizà l'effettu di instabilità di modulazione o l'effettu FWM in a cavità laser per eccità l'UHRP. Finu à avà, avemu sempre bisognu di un "formatore di tempu" più abile.

U prucessu di generazione di UHRP iniettandu impulsi ultraveloci per eccità l'effettu FWM dissipativu hè discrittu cum'è "accensione ultraveloce". À u cuntrariu di u schema di cavità di microanellu artificiale sopra menzionatu chì richiede un pompaggio cuntinuu, una regulazione precisa di a detunazione per cuntrullà a generazione di impulsi, è l'usu di mezi altamente non lineari per abbassà a soglia FWM, sta "accensione" si basa nantu à e caratteristiche di putenza di piccu di impulsi ultraveloci per eccità direttamente FWM, è dopu à "spegnimentu di l'accensione", ottene UHRP autosufficiente.

A Figura 1 illustra u mecanismu principale per ottene l'autourganizazione di l'impulsi basatu annantu à l'eccitazione ultraveloce di l'impulsi di semente di e cavità di l'anellu di fibre dissipative. L'impulsu di semente ultracortu iniettatu esternamente (periodu T0, frequenza di ripetizione F) serve cum'è "fonte d'accensione" per eccità un campu d'impulsi d'alta putenza in a cavità di dissipazione. U modulu di guadagnu intracellulare funziona in sinergia cù u shaper spettrale per cunvertisce l'energia di l'impulsu di semente in una risposta spettrale in forma di pettine attraversu a regulazione di e giunture in u duminiu di u tempu-frequenza. Stu prucessu rompe i limiti di u pompaggio cuntinuu tradiziunale: l'impulsu di semente si spegne quandu ghjunghje à a soglia FWM di dissipazione, è a cavità di dissipazione mantene u statu di autourganizazione di l'impulsu attraversu l'equilibriu dinamicu di guadagnu è perdita, cù a frequenza di ripetizione di l'impulsi chì hè Fs (currispondente à a frequenza intrinseca FF è u periodu T di a cavità).

Stu studiu hà ancu realizatu una verificazione teorica. Basatu annantu à i parametri aduttati in a cunfigurazione sperimentale è cù un 1pslaser à impulsi ultraveloceCum'è campu iniziale, hè stata realizata una simulazione numerica nantu à u prucessu di evoluzione di u duminiu di u tempu è di a frequenza di l'impulsu in a cavità laser. Hè statu trovu chì l'impulsu hà passatu per trè tappe: a divisione di l'impulsu, l'oscillazione periodica di l'impulsu è a distribuzione uniforme di l'impulsu in tutta a cavità laser. Stu risultatu numericu verifica ancu cumpletamente e caratteristiche auto-urganizative di ulaser à impulsi.

Attivendu l'effettu di mischju à quattru onde in a cavità di l'anellu di fibra dissipativa per via di l'accensione ultraveloce di l'impulsi di semente, a generazione è u mantenimentu autoorganizzati di impulsi di frequenza di ripetizione ultra-alta sub-THZ (uscita stabile di 0,5 W di putenza dopu à spegnimentu di a semente) sò stati ottenuti cù successu, furnendu un novu tipu di fonte luminosa per u campu lidar: a so rifrequenza di livellu sub-THZ pò migliurà a risoluzione di a nuvola di punti à u livellu millimetricu. A funzione autosostenibile di l'impulsi riduce significativamente u cunsumu energeticu di u sistema. A struttura interamente in fibra garantisce un funziunamentu di alta stabilità in a banda di sicurezza oculare di 1,5 μm. Guardendu à u futuru, si prevede chì sta tecnulugia guiderà l'evoluzione di u lidar muntatu nantu à i veiculi versu a miniaturizazione (basata nantu à i microfiltri MZI) è a rilevazione à longa distanza (espansione di putenza à > 1W), è adattassi ulteriormente à i requisiti di percezione di ambienti cumplessi per via di l'accensione coordinata à più lunghezze d'onda è a regulazione intelligente.