Mae technoleg laser ffibr tra-chyflym yn cynhyrchu corbys laser uwchsyth lefel femtosecond neu picosecond, gan gynnig manteision megis ansawdd pelydr uchel, sefydlogrwydd eithriadol, a strwythur cryno. Mae'n dod o hyd i gymwysiadau helaeth mewn prosesu manwl gywir, ymchwil biofeddygol, sbectrosgopeg, a chyfathrebu. Mae laserau ffibr gwibgyswllt traddodiadol yn defnyddio ffibrau prin wedi'u dopio â'r ddaear fel cyfrwng ennill, gan ddefnyddio strwythur ynni aml-lefel ïonau daear prin i gyflawni allyriadau wedi'u hysgogi. Fodd bynnag, oherwydd y bylchau lefel ynni sefydlog a lled sbectrol cyfyngedig o drawsnewidiadau ïon daear prin, mae allbwn laser wedi'i gyfyngu i ystodau sbectrol arwahanol, gan gyfyngu'n sylweddol ar gwmpas cymhwyso laserau ffibr tra-chyflym. Mae ymestyn tonfedd allbwn laserau ffibr gwibgyswllt y tu hwnt i'r ystod a gwmpesir gan drawsnewidiadau ïon nid yn unig yn ddilyniant naturiol mewn datblygu technoleg gwibgyswllt ond hefyd yn mynd i'r afael â gofynion ymarferol ar draws ymchwil wyddonol, cymwysiadau meddygol, amddiffyn a meysydd eraill.
Mae laserau ffibr Raman tra-chyflym yn ddull effeithiol o gynhyrchu corbys laser ar donfeddi penodol. Mae technegau prif ffrwd presennol ar gyfer cynhyrchu laserau Raman tra-gyflym yn cynnwys-cloi modd, pwmpio cydamserol, a modiwleiddio enillion optegol aflinol (NOGM). Mae cloi modd-fel arfer yn defnyddio-bwmpio tonnau parhaus, sy'n gofyn am ddegau i gannoedd o fetrau o ffeibr i gyflawni enillion Raman digonol, gan arwain at atseinio â gwasgariad sylweddol ac aflinoledd. Mae pwmpio cydamserol yn defnyddio pwmpio curiad, gan fyrhau hyd y cyseinydd i bob pwrpas. Fodd bynnag, mae angen cydamseru rhwng pwls y pwmp a churiad y galon Raman, gan gynyddu cymhlethdod y system. Mae'r ddwy dechneg yn dibynnu ar strwythurau cyseinydd ffibr, gan gyfyngu ar allbwn egni pwls Raman i'r ystod nJ. Mewn cyferbyniad, mae technoleg NOGM yn defnyddio un ffurfweddiad mwyhadur ffibr Raman wedi'i chwistrellu amledd sengl i gynhyrchu codlysiau laser Raman ynni uchel. Ar hyn o bryd, mae corbys Raman a gynhyrchir gan ddefnyddio'r dechneg hon yn cyrraedd y cannoedd o ystod nJ. Mae optimeiddio pensaernïaeth y system i gynhyrchu corbys Raman ynni uwch yn ffocws ymchwil allweddol.
Prin{0}}Mwyhadur Hybrid Raman y Ddaear
Cyfunodd tîm ymchwil ar y cyd a oedd yn cynnwys yr Athro Zhou Jiaqi o Adran Technoleg a Systemau Laser Awyrofod yn SIOM, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, a'r Athro Feng Yan o Sefydliad Ymchwil Uwch USTC Shanghai, dechnoleg NOGM â mwyhaduron ffibr dop ytterbium. Trwy drosoli mecanwaith mwyhau hybrid ïonau daear prin a gwasgariad Raman wedi'i ysgogi (SRS), cyflawni allbwn laser Raman cyflym iawn ar y donfedd 1121 nm gyda gallu microffocalization, lle gellir cywasgu lled pwls i 589 fs.
Mewn system NOGM nodweddiadol, mae un laser amledd parhaus yn gweithredu fel ffynhonnell hadau, wedi'i chwyddo a'i siapio o fewn un ffibr; mae laser gwibgyswllt yn gweithredu fel ffynhonnell y pwmp, gan ddarparu enillion optegol aflinol trwy SRS. Dim ond yn y rhanbarth gorgyffwrdd amserol rhwng y laser di-dor amledd sengl a'r laser pwmp y mae mwyhad yn digwydd, gan ei drosi yn y pen draw yn bwls Raman wedi'i gydamseru â'r laser pwmp. Mewn systemau NOGM confensiynol, mae'r uned chwyddo ynni pwls pwmp a'r uned trosi amledd optegol aflinol wedi'u gwahanu: mae angen amlblecwyr rhaniad tonfedd pŵer uchel i gyplu corbys pwmp ynni uchel â -had laser di-dor amledd sengl; ar ben hynny, mae ymdoddiad ffibrau gweithredol a goddefol o dan amodau pŵer uchel yn peri risgiau i sefydlogrwydd system hirdymor. Datblygodd y tîm ymchwil fwyhadur hybrid laser ffibr tra-gyflym prin{{-earth Raman). Trwy ddefnyddio ytterbium-ffibr dop i ddarparu enillion prin yn y ddaear ac enillion Raman ar yr un pryd, gall gynhyrchu corbys Raman gydag egni pwls sengl yn yr ystod microjoule. Fel y dangosir yn Ffigur 1, mae deuod newid cynnydd-yn cynhyrchu laser pwls 1065 nm gyda lled pwls o 18.3 ps, wedi'i osod i gyfradd ailadrodd o 10 MHz, sy'n gwasanaethu fel ffynhonnell pwmp y system. Mae laser lled-ddargludydd sengl cul-linewidth 1121 nm{-amledd parhaus{-yn gweithredu fel y ffynhonnell hadau, gan fewnbynnu ar yr un pryd i'r mwyhadur ffibr dop ytterbium.
Ffigur 1 Sgematig o system mwyhadur hybrid laser ffibr tra-gyflym prin-earth Raman
Fel y dangosir yn Ffigur 2(a)-(d), gellir mwyhau'r egni pwls sengl o'r curiad Raman 1121 nm 1121 nm i ~1 μJ, gyda lled curiad y galon wedi'i gywasgu i 589 fs. Mae uchafswm effeithlonrwydd trosi Raman yn cyrraedd 69.9%, ac mae'r gymhareb cyfradd ailadrodd curiad y galon i sŵn yn cyflawni 81.1 dB. Heb chwistrelliad laser parhaus amledd sengl, dangosir nodweddion curiad y galon 1121 nm Raman yn (e)-(h). O dan yr amodau hyn, mae'r pwls Raman a gynhyrchir yn dangos yn agos at-sŵn-nodweddion tebyg, gyda dwyster dilyniant curiad y galon ansefydlog a signal cyfradd ailadrodd gostyngol-i{-cymhareb sŵn o 67.4 dB. Mae'r canlyniadau arbrofol hyn yn cadarnhau dichonolrwydd NOGM chwyddo hybrid daear Raman prin a'r angen am chwistrelliad hadau amledd sengl.
Ffigur 2 Nodweddion laser pwls Raman gydag (a)-(d) chwistrelliad laser parhaus amledd sengl a (e)-(h) heb chwistrelliad laser parhaus amledd sengl
Ar yr un pryd, roedd efelychiadau rhifiadol yn modelu esblygiad pwls o dan amodau lled pwls pwmp 60 ps a diamedr craidd ffibr Raman o 14.5 μm, fel y dangosir yn Ffigur 3. Mae'r canlyniadau'n dangos y gellir cyflawni allbynnau pwls Raman yn yr ystod 10 μJ trwy ddefnyddio corbys pwmp ehangach a chraidd ffibr Raman mwy.
Ffigur 3 Canlyniadau efelychiad ar gyfer lled pwls pwmp o 60 ps a diamedr craidd ffibr o tua 14.5 μm
Mae'r astudiaeth hon yn dangos ytterbium laser ffibr tra-chyflym newydd-mwyhadur hybrid Raman, gan gyflawni ~1 μJ o allbwn laser Raman 1121 nm gyda lled pwls y gellir ei gywasgu i 589 fs. Mae efelychiadau rhifiadol pellach yn datgelu y gallai defnyddio laser pwmp â lled pwls ehangach a ffibr â diamedr craidd mwy gyflawni allbynnau pwls femtosecond Raman yn yr ystod 10 μJ, sy'n cynrychioli ffocws allweddol ar gyfer ymchwil dilynol. Mae'r laser ffibr femtosecond Raman hwn, sy'n gallu cynhyrchu corbys ynni uchel ar donfeddi penodol, yn cynnig cefnogaeth technoleg ffynhonnell golau addawol ar gyfer cymwysiadau megis prosesu deunydd a delweddu biofeddygol.
