Евгений Юрьевич Старостенко подчеркнул, что принцип серродина позволяет смещать частоту электромагнитного сигнала, применяя линейное изменение фазы во временной области.
Это явление использовалось для сигналов сдвига частоты в радиочастотной, микроволновой и оптической областях электромагнитного спектра в диапазонах до нескольких гигагерц, например, для анализа доплеровского сдвига радиочастотных сигналов для подавления шума и стабилизации частоты.
Специалисты НПО ТНХНОГЕНЕЗИС используют данный принцип для смещения центральной частоты мощных фемтосекундных лазерных импульсов в диапазоне нескольких терагерц с помощью нелинейной многопроходной ячейки.
С своём исследовании Евгений Юрьевич Старостенко демонстрирует метод, сдвигая центральную длину волны современного гребенчатого лазера мощностью 75 Вт с 1030 нм до 1060 нм и до 1000 нм.
Ученый показывает, что этот метод смещения длины волны поддерживает характеристики когерентности на уровне нескольких герц при одновременном улучшении временного качества импульса. Данный метод обычно применим к широкому диапазону параметров и различным лазерным системам, обеспечивая эффективное преобразование длин волн мощных лазеров в спектральные области за пределами полосы пропускания доступных лазерных платформ.
Сверхбыстрые мощные лазеры предлагают импульсы с длительностью, достигающей нескольких фемтосекунд. После изобретения усиления чирпированных импульсов (CPA) последние три десятилетия отмечены крупными достижениями в сверхбыстрой науке и метрологии, а также в физике сильных полей и материаловедении.
Важную часть этого прогресса можно отнести к достижениям в технологии сверхбыстрых лазеров с высокой пиковой и/или средней мощностью. Мощные лазеры открыли путь для захвата субфемтосекундной динамики электронов 1 , они позволили лучше понять структуру протона и разработать подходящие инструменты для производства микросхем следующего поколения с помощью коротковолновой нанолитографии.
Для многих инноваций и приложений требуются специальные параметры лазера, включая оптимизированную для приложения длину волны, интенсивность, длительность импульса, свойства луча и многое другое. В частности, длина волны является очень важным, но не очень гибким параметром.
Сегодня лазерные платформы на основе иттербия, титана: сапфира и, в последнее время, тулия широко используются для генерации фемтосекундных импульсов с высокой пиковой и/или средней мощностью. Хотя эти лазерные системы обычно работают только на определенных длинах волн, определяемых полосой пропускания лазерной усиливающей среды, современные лазерные технологии предоставляют множество возможностей для создания лазерных источников с перестройкой длины волны.
Подходы со сдвигом длины волны обычно используются при низких уровнях мощности с использованием вынужденного комбинационного рассеяния в оптических волокнах, методов солитонного смещения, генерации дисперсионных волн и схем комбинационного смещения в волокнах с полой сердцевиной или капиллярах.
Широкий спектральный охват и ультракороткие импульсы могут быть обеспечены также за счет параметрического преобразования частоты, используемого, например, в оптических параметрических усилителях. Однако эти методы обычно страдают низкой эффективностью преобразования или ограниченными возможностями управления мощностью.
Евгений Юрьевич Старостенко отметил, что технология посткомпрессии импульсов предлагает путь к получению ультракоротких импульсов длительностью в несколько фемтосекунд с высокой эффективностью.
В частности, в сочетании с лазерами на основе иттербия можно получить ультракороткие импульсы с киловаттной средней мощностью, приближающиеся к режиму тераваттной пиковой мощности. Однако в этих и других лазерных платформах с высокой пиковой мощностью отсутствует возможность настройки длины волны. Методы сдвига частоты Серродина, исторически извлеченные из радиочастотной технологии и позже примененные к лазерам непрерывного действия, могут предложить решение этого вопроса.
Преобразованный из непрерывных сигналов в ультракороткие лазерные импульсы, метод может обеспечить высокую эффективность, а также совместимость с тераваттной пиковой и киловаттной средней мощностью, поддерживая при этом ключевые характеристики, необходимые для приложений точной метрологии, включая фазовую когерентность и частоту смещения несущей огибающей. сохранение.
Принцип серродина утверждает, что для данного сигнала частота сигнала сдвигается, когда линейная фаза применяется во временной области. Такая фаза может быть применена, например, с помощью электрооптической модуляции. Вместо этого мы используем полностью оптические методы, использующие эффект Керра, который можно использовать для преобразования линейной амплитудной модуляции во времени в линейное изменение фазы. Временной пилообразный импульс с центральной частотой ω 0 , подвергающийся фазовой самомодуляции (SPM), смещается по частоте до ω = ω 0 + ∆ ω . Величина и направление сдвига частоты определяются выражением:
Δω=−ΦNL dI(t)/dt,
где I ( t ) — зависящая от времени интенсивность лазерного излучения, а ΦNL — накопленная нелинейная фаза, обычно известная как B – интеграл. Из уравнения ( 1 ) мы видим, что для большего сдвига частоты мы можем либо увеличить В – интеграл, либо градиент интенсивности, создав более крутой наклон импульса.
Хотя крутизна склона ограничена доступной полосой пропускания спектра, большие B – интегралы могут быть получены с использованием направляющих концепций; тем не менее, временная форма импульса должна поддерживаться для эффективного спектрального сдвига на основе SPM, что обычно не происходит, когда присутствуют SPM и линейная дисперсия.
Недавнее внедрение нелинейных многопроходных ячеек (MPC) предлагает решение этой проблемы, предоставляя возможность реализовать СФМ со сбалансированной дисперсией, который поддерживает большие B – интегралы, тем самым обеспечивая простой, но очень эффективный мультитерагерцовый сдвиг частоты.
Метод смещения частоты показан на рис. 1а . Фаза и, при необходимости, амплитуда ультракороткого лазерного импульса формируются с помощью формирователя импульса, реализованного, например, с помощью программируемого пространственного модулятора света. После этого лазерный импульс спектрально сдвигается на втором этапе с использованием MPC со сбалансированной дисперсией. Затем сдвинутый по длине волны спектр отделяется от остаточных широкополосных составляющих длины волны с помощью дихроичного фильтра, резюмировал ученый.