Otrā harmoniskās paaudzes tehnoloģija optiskajās šķiedrās
Otrajam - Pasūtījuma nelinearitātei ir liela nozīme daudzās lietojumprogrammās, ieskaitot precizitātes frekvences metroloģiju, optiskos pulksteņus, molekulāro attēlveidošanu un kvantu informācijas apstrādi. Optiskās šķiedras to augstās nelinearitātes un kompaktuma dēļ ir ideāla platforma nelineāru efektu izpētei. Tomēr optisko šķiedru inversijas simetrija apgrūtina otro - pasūtīšanas nelineāro efektu sasniegšanu, tādējādi kavējot pētījumu par visiem - šķiedras sekundi - pasūtīt nelinearitāti.
Pašlaik pētnieki ir spējuši tieši sasniegt otro harmonisko paaudzi (SHG) optisko šķiedru kodolā vai apšuvumā. Fāze - SHG atbilstības nosacījumi optiskajās šķiedrās galvenokārt tiek apmierināti, izmantojot tādas tehnikas kā Self - Organizēta fāzes saskaņošana, Quasi - fāzes saskaņošana un integrēts materiāls - palīdzēja fāzes saskaņošana. Tomēr SHG tehnoloģija optiskajās šķiedrās joprojām saskaras ar dažādiem izaicinājumiem, piemēram, pamata viļņa (FW) avota atdalīšanu un SHG barotni, zemu vidējo izejas jaudu un nepieciešamību pēc sarežģītas priekšapstrādes. Turklāt dažos pētījumos SHG sasniegšanai ir izmantota Cherenkov radiācijas fāzes saskaņošana; Tomēr otrā harmonika (SH) netiek ģenerēta kodolā, bet gan apšuvumā, kā rezultātā tas ir noplūdes režīms ar ātru jaudas samazinājumu un sliktu staru kvalitāti. Kā tieši ģenerēt augstu - staru - kvalitāti SH kodolā, izmantojot visu - šķiedras struktūru, bez iepriekšējas apstrādes veikšanas.
Jauns All - Fiber Random dobuma struktūra tieši ģenerē augstu - staru
Nesen Tsinghua Universitātes Precision Instruments departamenta uzlabotā lāzera tehnoloģiju pētījumu grupa sasniedza visu - Fiber High - staru - Kvalitāte SHG šķiedras kodolā nejauša šķiedras lāzera iekšpusē. Runājot par pastiprinājumu, fāžu saskaņošanu galvenokārt panāk, izmantojot periodisko elektrisko lauku, ko izraisa FW un SH, vienlaikus izmantojot pasīvo telpisko lāzera - laika pastiprinājuma modulācijas mehānismu un palielinot nelineāro pastiprinājuma garumu, lai palielinātu otro harmonisko ieguvumu. Atgriezeniskās saites ziņā tika apvienots sadalīts atgriezeniskās saites mehānisms un punktu atgriezeniskās saites ierīces, lai izveidotu nejaušu rezonanses dobumu SH. Eksperimentā SHG neprasīja sagatavošanās laiku vai priekšapstrādi. Sakarā ar unikālo ieguvumu un atgriezeniskās saites konfigurāciju FW un SH tika ģenerēti no tā paša nejaušā dobuma, un SH tieši tika izvadīts no šķiedras kodola, ar vidējo izejas jaudu 10,06 MW. Turklāt šis pētījums ierosina novatorisku teorētisku modeli, kas savieno sevi - organizētu SHG teoriju ar vispārinātu nelineāru Šrödingera vienādojumu, ļaujot sinhronizētai SH un FW spektrālās evolūcijas simulācijai. Šī struktūra pilnībā izmanto optisko šķiedru priekšrocības, sasniedzot visu - Fiber High - staru {- Kvalitāte SHG šķiedras kodolā, ar iespējamiem pielietojumiem vides uztveršanā, optiskās šķiedras komunikācijā un optiskajā frekvencē.
Rezultāti tika publicēti 2025. gada marta numurā par High Power Laser Science and Engineering (Yousi Yang, Dan Li, Pei Li, Guohao Fu, Tiancheng Qi, Yijie Zhang, Ping Yan, Mali Gong, Qirong Xiao, "Otrais-} harmoniski paņēmiens, kas ir Nejauša Laser," Augstais laser laser. 03000E41 (2025)).
Nejaušās šķiedras lāzera struktūra ir parādīta 1. attēlā. Izejas gaisma no lāzera diodes sūkņa avota tiek savienota ar šķiedras apšuvumu caur kombinētāju un ievadīta ytterbium - leģēta šķiedra, kur sūkņa gaisma tiek pārveidota par pamatviļi. Pēc tam pamata gaismu ievada 1 - kilometrā - garā komunikācijas šķiedrā ar izejas galu leņķī, lai izvairītos no Fresnela atstarošanās, kas savieno serdi. Apgrieztā izejas virzienā kombinācijas signāla šķiedra ir savienota ar augstu - atstarošanas režģi, veidojot daļēji - atvērtu ytterbium-leģētu nejaušu lāzera dobumu. Režisijas otrs gals ir savienots ar vienu 2 × 1 savienotāja roku, bet pārējās divas savienotāja rokas ir tieši sakausētas, lai veidotu šķiedras gredzena spoguli.
1. attēls (a) Eksperimentālā iestatīšanas diagramma (LD sūknis: lāzera diodes sūkņa avots; HR FBG: augsts - Refleksijas šķiedras bragg režģis; ydf: ytterbium - doped šķiedra; gdf: germanium - doped šķiedra; cps: cladding strāvas šķīdinātājs); b) otrais harmoniskais ieguvums un atgriezeniskās saites princips; c) otrā harmoniskā lāzera vieta pēc apšuvuma noņēmēja apstrādes; d) redzama gaisma šķiedrā sūknēšanas laikā
Eksperimentā tiek izmantota kaskādes dubultā nejaušā dobuma struktūra ar iekšējo dobumu, ko veido augsts - Refleksijas šķiedras bragg režģis, jo ytterbium -} leģēts pastiprinājuma dobums, un ārējais dobums, kas nodrošina platjoslas atgriezenisko saiti, izmantojot gredzena spogu. Izejas spektrs un jauda ir parādīti 2. attēlā. Kad sūkņa jauda tuvojas slieksnim, galvenā virsotne parādās spektrā, kam pievienots nejaušs trokšņa virsotnes, kas radusies no sevis - modulācijas Q efekts Raileigh izkliedes dēļ un stimulēja brillouin izkliedi. Šajā brīdī laiks - Domēna spēcīgais impulss aizrauj 535 nm otro harmoniku. Kad sūkņa jauda pārsniedz kaskādes Ramana slieksni, spektrs izvēršas par superkontīnu (680–2116 nm). Tuvajā - infrasarkanā reģionā pamata vilnis un augstāks - pasūtījums stokes gaisma piedalās SHG, kā rezultātā galvenā virsotne ir 592 nm SH joslā. Tas notiek tāpēc, ka oranžajai gaismai ir mazs zudums, un 1184 nm Ramana gaismas jauda ir pietiekama.
2. attēls. Izejas spektri pie FW jaudām (a) 0,65 W, b) 13,6 W un (C) 20,88 W; d) SH spektru salīdzinājums; e) SH izejas jauda
Turklāt, lai izpētītu SH laiku - domēna īpašības, tika izmantota optiskā filtra ierīce, lai noņemtu klaiņojošu gaismu virs 680 nm. 3. attēlā (a) parādīts, ka SH viļņu formas uzrāda ievērojamas intensitātes svārstības dažādās fundamentālajās jaudās, un daži impulsi ievērojami pārsniedz vidējo intensitāti, norādot uz iespējamo optisko negodīgo viļņu klātbūtni. Statistiskā histogramma (3. attēls (b)) atklāj l - formas sadalījuma raksturlielumu ar pelēko zonu, kas apzīmē trokšņa fonu, un ar pārtrauktu līniju, kas marķē maksimālo amplitūdu divreiz lielāku viļņu augstumu. Negodīgu viļņu impulsa platumu 3. attēlā (c) ir ierobežots ar detektora joslas platumu (kas praksē var būt šaurāks). Sakarā ar atšķirībām fāzē - atbilstošās pozīcijās, SH dažādos viļņu garumos ir smalki pielāgojumi izvades laikā, un sekundārās virsotnes parādās līdzās galvenajai virsotnei, kas atbilst SH komponentiem ar zemu - intensitāti FW.
3. attēls Laiks - SH domēna raksturlielumi pie dažādām spējām. a) plats - laiks - diapazona viļņu forma. b) laiks - domēna intensitātes sadalījuma histogramma. c) viens - impulsa viļņu formas mērījumu rezultāti
Šis pētījums piedāvā visu - šķiedras serdes SHG metodi, kurai raksturīga spēcīgāka sūkņa iesmidzināšanas spēja, neprasot īpašu apstrādi. Turklāt šī struktūra vienlaikus var ģenerēt FW un SH, piedāvājot ļoti integrētu dizainu. Turpmākie pētījumi ietver atgriezeniskās saites reakciju izstrādi SH viļņa garuma noregulēšanai, sūkņa jaudas palielināšana, lai apmierinātu augstāku - barošanas lietojumprogrammas un veiktu - dziļuma pētījumus par nepāra viļņu parādību.
