정밀 가공에서 고급 현미경에 이르기까지 더 높은 - 전력에 대한 수요가 초고속 레이저가 계속 커지고 있습니다. 전통적으로 연구자들은이 레이저를 구축하기 위해 단일 - 모드 섬유에 의존했지만 에너지 출력에 대한 기본 물리적 한계에 직면 해 있습니다. 이 병목 현상을 뚫기 위해, 우리는 멀티 모드 섬유로 바뀌 었습니다. 멀티 모드 섬유는 많은 빛 모드를 전달할 수 있습니다. -는 본질적으로 다른 빛의 모양 -를 한 번에 전달할 수 있습니다. 시공간 모드 - 잠금 (STML)으로 알려진 기술.
그러나 이러한 다양한 모드를 조화롭게 수행하는 것은 중요한 도전이었습니다. 우리의 최신 연구에서광학 편지, 우리는 이러한 횡 방향 모드 각각을 정확하고 독립적으로 제어 할 수있는 새로운 기술을 개발하여 레이저 전력과 다양성을 극적으로 향상시킵니다.
우리가 직면 한 핵심 문제는 복합 분산이라고합니다. 멀티 모드 섬유에서 다른 조명 모드는 약간 다른 속도로 이동합니다. 이 속도 불일치로 인해 레이저 펄스가 시간과 공간이 퍼지고 분리되어 안정적인 높은 - 전력 펄스가 형성되지 않습니다. 이전의 STML 기술은 일반적 으로이 분산을 보상하기 위해 공간 필터링이라는 방법을 사용했지만,이 접근법은 함께 잠글 수있는 모드의 수를 제한하여 잠재적 전력 향상을 막을 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 횡 모드 디비전 제어 기술을 제안했습니다. 우리의 접근 방식은 간단합니다. 모드 멀티플렉서/Demultiplexer (MUX/DEMUX)라는 장치를 사용하여 멀티 모드 파이버 내부의 혼합 빔을 각 모드마다 하나씩 개별 채널로 분리합니다. 분리되면 각 채널에 정확한 길이의 보정 섬유를 추가하여 각 모드의 분산 (즉, 이동 지연)을 독립적으로 관리 할 수 있습니다.
각 모드를 최적화 한 후, 멀티플렉서로 단일, 강력하고 코 히어 런트 빔으로 재결합합니다. 이 방법은 이론적으로 수많은 모드를 잠그고 섬유의 에너지 전위를 극대화 할 수 있습니다.
우리는 그림 - 8, yb - doped, all - fiber, 시공간, 모드 - 잠금 레이저에서 우리의 기술을 구현했습니다. 실험 결과는 매우 고무적이었습니다. 동시에 4 개의 횡 방향 모드 (LP01, LP11, LP21 및 LP02)를 잠그면 14.49 MHz의 반복 속도로 15 NJ의 에너지를 갖는 소산 솔리톤 펄스를 달성했습니다.
결정적으로, 우리는 출력 전력이 참여 모드 수를 갖는다는 것을 보여주었습니다. 4 개의 모드가 동시에 잠겨 졌을 때, 레이저의 경사 효율 -는 펌프 전력을 출력 전력으로 얼마나 효율적으로 변환하는지 -가 7.9%에 도달하는 방법에 대한 측정 값은 단일- 모드 작동의 3.79% 효율의 두 배 이상입니다.
또한, 우리의 기술은 전례없는 빔 - 쉐이핑 기능을 제공합니다. 모드 - 잠금과 관련된 모드의 조합을 동적으로 선택함으로써 균일 한 강도 프로파일을 갖춘 Quasi - flat - 상단 빔을 성공적으로 생성했습니다. 이 특수 빔은 3W의 펌프 전력에서 150mW의 평균 출력 전력과 10.4 NJ의 단일 펄스 에너지를 달성했습니다. 우리의 레이저는 12 시간의 연속 작동 후 최소 중심 - 주파수 드리프트를 갖는 우수한 긴 - 용어 안정성을 보여주었습니다.
결론적으로, 우리는 STML 광섬유 레이저에서 핵심 전력 - 확장 성 병목 현상을 극복하는 새로운 제어 기술을 개발하고 실험적으로 검증했습니다. 각 횡 방향 모드의 분산을 독립적으로 제어함으로써, 우리의 체계는 수많은 모드를 동기화하고 에너지 추출을 최대화하는 실행 가능한 경로를 제공합니다.
우리는 멀티 - 모드 시공간 역학 제어에 대한이 보편적 인 프레임 워크가 차세대 초고속 광원을위한 길을 열어 준다.
이 이야기는 과학 X 대화의 일부로 연구원들이 출판 된 연구 기사의 결과를보고 할 수 있습니다. Science X 대화 및 참여 방법에 대한 정보는이 페이지를 방문하십시오.
