၂၀ ဖက်တိုစက္ကန့်အောက် မြင်နိုင်သောအလင်းကို ချိန်ညှိနိုင်သော ပဲ့တင်ထပ်လေဆာရင်းမြစ်

၂၀ ဖက်တိုစက္ကန့်အောက် မြင်နိုင်သောအလင်းချိန်ညှိနိုင်သော pulsed laser source

မကြာသေးမီက UK မှ သုတေသနအဖွဲ့တစ်ဖွဲ့သည် ဆန်းသစ်သောလေ့လာမှုတစ်ခုကို ထုတ်ပြန်ခဲ့ပြီး ၎င်းတို့သည် ချိန်ညှိနိုင်သော megawatt-level sub-20 femtosecond မြင်နိုင်သောအလင်းကို အောင်မြင်စွာတီထွင်နိုင်ခဲ့ကြောင်း ကြေငြာခဲ့သည်။ပဲ့တင်ထပ်သော လေဆာရင်းမြစ်ဤ ပဲ့တင်ထပ်လေဆာရင်းမြစ်သည် အလွန်မြန်ဆန်သည်။ဖိုက်ဘာလေဆာစနစ်သည် ချိန်ညှိနိုင်သော လှိုင်းအလျားများ၊ အလွန်တိုတောင်းသော ကြာချိန်များ၊ 39 နာနိုဂျူးလ်အထိ မြင့်မားသော စွမ်းအင်များနှင့် 2 မဂ္ဂါဝပ်ထက်ကျော်လွန်သော အမြင့်ဆုံးပါဝါရှိသည့် လှိုင်းတိုများကို ထုတ်လုပ်နိုင်ပြီး အလွန်မြန်ဆန်သောရောင်စဉ်တိုင်းတာမှု၊ ဇီဝဗေဒဆိုင်ရာပုံရိပ်ဖော်ခြင်းနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ လုပ်ငန်းစဉ်များကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များအတွက် လုံးဝအသစ်အဆန်း အသုံးချမှုအလားအလာများကို ဖွင့်လှစ်ပေးပါသည်။

ဒီနည်းပညာရဲ့ အဓိကအချက်ကတော့ ခေတ်မီနည်းလမ်းနှစ်ခုပေါင်းစပ်ထားတာပါပဲ- “Gain-Managed nonlinear Amplification (GMNA)” နဲ့ “Resonant Dispersive Wave (RDW) emission”။ အတိတ်ကာလတုန်းက ဒီလို မြင့်မားတဲ့စွမ်းဆောင်ရည်ရှိတဲ့ ချိန်ညှိနိုင်တဲ့ ultrashort pulses တွေရရှိဖို့အတွက် စျေးကြီးပြီး ရှုပ်ထွေးတဲ့ titanium-sapphire lasers ဒါမှမဟုတ် optical parametric amplifiers တွေ လိုအပ်လေ့ရှိပါတယ်။ ဒီပစ္စည်းတွေဟာ စျေးကြီး၊ ကြီးမားပြီး ထိန်းသိမ်းရခက်ခဲရုံသာမက repetition rates နည်းပါးခြင်းနဲ့ tuning ranges နည်းပါးခြင်းတို့ကြောင့်လည်း အကန့်အသတ်ရှိပါတယ်။ ဒီတစ်ခါ တီထွင်ခဲ့တဲ့ all-fiber solution ဟာ system architecture ကို သိသိသာသာရိုးရှင်းစေရုံသာမက ကုန်ကျစရိတ်နဲ့ ရှုပ်ထွေးမှုကိုလည်း သိသိသာသာလျှော့ချပေးပါတယ်။ ဒါဟာ 400 မှ 700 nanometers အထိ ချိန်ညှိနိုင်ပြီး 4.8 MHz ရဲ့ မြင့်မားတဲ့ repetition frequency မှာ high-power pulses တွေထက်ကျော်လွန်တဲ့ sub-20 femtosecond ကို တိုက်ရိုက်ထုတ်လုပ်နိုင်ပါတယ်။ သုတေသနအဖွဲ့ဟာ တိကျစွာဒီဇိုင်းထုတ်ထားတဲ့ system architecture ကတစ်ဆင့် ဒီတိုးတက်မှုကို ရရှိခဲ့ပါတယ်။ ပထမဦးစွာ၊ သူတို့ဟာ nonlinear amplification ring mirror (NALM) ကိုအခြေခံပြီး fully polarization-preserving mode-locked ytterbium fiber oscillator ကို seed source အဖြစ်အသုံးပြုခဲ့ပါတယ်။ ဤဒီဇိုင်းသည် စနစ်၏ရေရှည်တည်ငြိမ်မှုကိုသေချာစေရုံသာမက ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ saturated absorbers များ၏ degradation ပြဿနာကိုပါ ရှောင်ရှားနိုင်သည်။ preamplification နှင့် pulse compression ပြီးနောက်၊ seed pulses များကို GMNA အဆင့်သို့ ထည့်သွင်းသည်။ GMNA သည် optical fiber များတွင် self-phase modulation နှင့် longitudinal asymmetric gain distribution ကိုအသုံးပြု၍ spectral broadening ကိုရရှိစေပြီး linear chirp နီးပါးဖြင့် ultrashort pulses များကိုထုတ်ပေးပြီး နောက်ဆုံးတွင် grating pairs များမှတစ်ဆင့် sub-40 femtoseconds အထိ compressed လုပ်သည်။ RDW ထုတ်လုပ်မှုအဆင့်တွင်၊ သုတေသီများသည် ကိုယ်တိုင်ဒီဇိုင်းထုတ်ပြီး ထုတ်လုပ်ထားသော nine-resonator anti-resonance hollow-core fibers များကိုအသုံးပြုခဲ့သည်။ ဤ optical fiber အမျိုးအစားသည် pump pulse band နှင့် visible light region တွင် loss အလွန်နည်းပါးသောကြောင့် pump မှ dispersed wave သို့ စွမ်းအင်ကို ထိရောက်စွာပြောင်းလဲနိုင်စေပြီး high-loss resonant band ကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော interference ကိုရှောင်ရှားနိုင်သည်။ အကောင်းဆုံးအခြေအနေများတွင် စနစ်မှ ပျံ့နှံ့လှိုင်း pulse စွမ်းအင်ထွက်ရှိမှုသည် 39 nanojoules အထိရောက်ရှိနိုင်ပြီး အတိုဆုံး pulse width သည် 13 femtoseconds အထိရောက်ရှိနိုင်ပြီး အမြင့်ဆုံးပါဝါသည် 2.2 megawatts အထိမြင့်မားနိုင်ပြီး စွမ်းအင်ပြောင်းလဲမှုထိရောက်မှုမှာ 13% အထိမြင့်မားနိုင်သည်။ ပို၍စိတ်ဝင်စားစရာကောင်းသည်မှာ ဓာတ်ငွေ့ဖိအားနှင့် ဖိုက်ဘာ parameters များကို ချိန်ညှိခြင်းဖြင့် စနစ်ကို ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်နှင့် အနီအောက်ရောင်ခြည် bands များအထိ အလွယ်တကူတိုးချဲ့နိုင်ပြီး နက်ရှိုင်းသော ခရမ်းလွန်ရောင်ခြည်မှ အနီအောက်ရောင်ခြည်အထိ wideband tuning ကိုရရှိစေသည်။

ဤသုတေသနသည် ဖိုတွန်နစ်၏ အခြေခံနယ်ပယ်တွင် သိသာထင်ရှားသော အရေးပါမှုကို ထိန်းသိမ်းထားရုံသာမက စက်မှုနှင့် အသုံးချနယ်ပယ်များအတွက် အခြေအနေအသစ်တစ်ခုကိုလည်း ဖွင့်လှစ်ပေးပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ multi-photon microscopy imaging၊ ultrafast time-resolved spectroscopy၊ material processing၊ precision medicine နှင့် ultrafast nonlinear optics research ကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များတွင်၊ ဤကျစ်လစ်သိပ်သည်းပြီး ထိရောက်မှုရှိပြီး ကုန်ကျစရိတ်နည်းသော ultrafast light source အမျိုးအစားအသစ်သည် အသုံးပြုသူများအား မကြုံစဖူးကိရိယာများနှင့် ပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်ရှိမှုကို ပေးစွမ်းမည်ဖြစ်သည်။ အထူးသဖြင့် မြင့်မားသော repetition rates၊ peak power နှင့် ultra-short pulses များ လိုအပ်သည့် အခြေအနေများတွင်၊ ဤနည်းပညာသည် ရိုးရာ titanium-sapphire သို့မဟုတ် optical parametric amplification systems များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ပိုမိုယှဉ်ပြိုင်နိုင်စွမ်းရှိပြီး မြှင့်တင်ရန် အလားအလာပိုမိုရှိသည်။

အနာဂတ်တွင် သုတေသနအဖွဲ့သည် စနစ်ကို ပိုမိုအကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် လုပ်ဆောင်ရန် စီစဉ်ထားပြီး၊ ဥပမာအားဖြင့် free-space optical components များစွာပါဝင်သော လက်ရှိဗိသုကာကို optical fibers များထဲသို့ ပေါင်းစပ်ခြင်း သို့မဟုတ် လက်ရှိ oscillator နှင့် amplifier combination ကို အစားထိုးရန် Mamyshev oscillator တစ်ခုတည်းကိုပင် အသုံးပြုခြင်းဖြင့် စနစ်ကို သေးငယ်စေပြီး ပေါင်းစပ်နိုင်စေပါသည်။ ထို့အပြင်၊ anti-resonance fibers အမျိုးအစားအမျိုးမျိုးကို လိုက်လျောညီထွေဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ခြင်း၊ Raman active gases နှင့် frequency doubling modules များကို မိတ်ဆက်ခြင်းဖြင့် ဤစနစ်ကို ပိုမိုကျယ်ပြန့်သော band အထိ တိုးချဲ့နိုင်မည်ဟု မျှော်လင့်ရပြီး ultraviolet၊ visible light နှင့် infrared ကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များစွာအတွက် all-fiber၊ wideband၊ ultrafast laser solutions များကို ပေးစွမ်းနိုင်မည်ဖြစ်သည်။

ပုံ ၁။ ပဲ့တင်ထပ်လေဆာ၏ ချိန်ညှိမှု၏ ပုံကြမ်းပုံ