מעיבוד דיוק למיקרוסקופיה מתקדמת, הביקוש לכוח גבוה יותר -, לייזרים אולטרה -פסטים ממשיכה לצמוח. באופן מסורתי, החוקרים הסתמכו על סיבי מצב בודדים {}}} לבניית לייזרים אלה, אך הם עומדים בפני גבול פיזי בסיסי על תפוקת האנרגיה. כדי לפרוץ את צוואר הבקבוק הזה, פנינו לסיבי MultiMode, שיכולים לשאת מצבי אור רבים - בעיקר צורות שונות של אור - בבת אחת, טכניקה המכונה מצב ספטי -פורמלי {}}} נעילה (STML).
עם זאת, קבלת מצבים שונים אלה לעבוד יחד בהרמוניה הייתה אתגר משמעותי. במחקר האחרון שלנו, שפורסם במכתבי אופטיקה, פיתחנו טכניקה חדשה המאפשרת לנו לשלוט במדויק ובאופן עצמאי של כל אחד מהמצבים הרוחביים הללו, מה שמוביל לדחיפה דרמטית בכוח לייזר ורבגוניות.
בעיית הליבה שעומדת בפנינו ידועה כפיזור בין -מודאלי. בסיב רב -ממוד, מצבי אור שונים נוסעים במהירות שונה במקצת. חוסר התאמה של מהירות זו גורם לפולסי הלייזר להתפשט ולהיפרד בזמן ובמרחב, ומונע היווצרות של פעימות כוח יציבות, גבוהות-. טכניקות STML קודמות השתמשו בדרך כלל בשיטה הנקראת סינון מרחבי כדי לפצות על פיזור זה, אך גישה זו מגבילה את מספר המצבים שניתן לנעול זה בזה, ובכך מכסה את שיפור הכוח הפוטנציאלי.
כדי לפתור זאת, הצענו טכניקת בקרת חטיבת מצבים רוחביים. הגישה שלנו היא פשוטה: אנו משתמשים במכשיר הנקרא Mode Multiplexer/demultiPlexer (MUX/Demux) כדי להפריד בין הקורה המעורבת בתוך סיבי המולטי -מוד לתעלות בודדות, אחד לכל מצב. לאחר הפרדה, נוכל לנהל את הפיזור (כלומר, עיכוב הנסיעות) עבור כל מצב באופן עצמאי על ידי הוספת אורכים מדויקים של סיבים מפצים לכל ערוץ.
לאחר אופטימיזציה של כל מצב, אנו שורטים אותם מחדש עם מרבב לקורה יחידה, עוצמתית וקוהרנטית. שיטה זו תיאורטית מאפשרת לנו לנעול כל מספר מצבים, ולמקסם את פוטנציאל האנרגיה של הסיב.
יישמנו את הטכניקה שלנו בדמות - שמונה, yb - מסומנים, כולם - סיבים, ספטיוטמפורל, מצב {}}} לייזר נעול. תוצאות הניסוי היו מעודדות מאוד. על ידי נעילת ארבעה מצבים רוחביים (LP01, LP11, LP21 ו- LP02) בו זמנית, השגנו פעימות סוליטון מתפוגגות עם 15 NJ של אנרגיה בשיעור חזרה של 14.49 מגהרץ.
באופן חיוני, הדגמנו כי כוח הכוח הפלט עם מספר המצבים המשתתפים. כאשר ננעלו ארבעה מצבים בו זמנית, יעילות המדרון של הלייזר - מדד עד כמה יעיל הוא ממיר כוח משאבה להפלט כוח - הגיע ל -7.9%, שהוא יותר מכפול מהיעילות של 3.79% של יחיד - פעולת המצב.
יתר על כן, הטכניקה שלנו מציעה קרן חסרת תקדים - יכולות עיצוב. על ידי בחירה דינמית של השילוב של מצבים המעורבים במצב -, יצרנו בהצלחה קרן עליונה Quasi - שטוח - עם פרופיל עוצמה אחידה. קרן מיוחדת זו השיגה כוח תפוקה ממוצע של 150 מגה וואט ואנרגיה דופק יחידה של 10.4 NJ בעוצמת משאבה של 3 W. הלייזר שלנו הדגים גם את היציבות הארוכה- המונח, עם סחף תדר מינימלי של מרכז- לאחר 12 שעות של פעולה רציפה.
לסיכום, פיתחנו ואימות ניסיונות טכניקת בקרה חדשה המתגברת על כוח הליבה - צוואר בקבוק מדרגיות בלאיזרי סיבי STML. על ידי שליטה עצמאית בפיזור של כל מצב רוחבי, התוכנית שלנו מספקת נתיב בר -קיימא לסנכרון כל מספר מצבים ולמיקום מיצוי אנרגיה.
אנו מאמינים שמסגרת אוניברסאלית זו עבור Multi - Mode Spatiotemporal Dynamics Control סוללת את הדרך לדור הבא של מקורות אור אולטרה -פסטיים, ומבטיחים יישומים בעלי השפעה בייצור דיוק, מיקרוסקופיה לא לינארית ומדע אטוסקונד.
סיפור זה הוא חלק מהדיאלוג Science X, בו החוקרים יכולים לדווח על ממצאים ממאמרי המחקר שפורסמו. בקר בדף זה למידע על דיאלוג Science X וכיצד להשתתף.
