Didelės galios optinio dažnio šukos vaidina labai svarbų vaidmenį netiesinėje tiksliojoje spektroskopijoje, ekstremalaus ultravioletinio optinio dažnio šukų generavime, branduolinio ir atominio laikrodžio tyrimuose ir kt. Skaiduliniai femtosekundiniai lazeriai yra tinkamiausias sprendimas realizuoti didelės galios optinio dažnio šukas dėl savo pranašumų. paprastos struktūros, stabilaus veikimo ir lengvo stiprinimo. Tačiau dėl neišvengiamo spontaniškos emisijos (ASE) triukšmo, siurblio intensyvumo triukšmo, spektrinės koherencijos pablogėjimo ir fazės virpėjimo, kurį sukelia šviesos kelias stiprinant skaidulinį lazerį, optinių šukų dažnio stabilumas yra labai paveiktas. Todėl yra sudėtinga užduotis pasiekti aukšto dažnio stabilumą kartu su didelės galios stiprinimu.
Siekdama išspręsti pirmiau minėtas problemas, remdamasi ilgalaikiais optinių dažnių šukų technologijos tyrimais, Kinijos mokslų akademijos Fizikos instituto pagrindinės optinės fizikos laboratorijos L07 grupė / Pekino nacionalinis kondensuotųjų medžiagų fizikos tyrimų centras iš eilės pateikė pasiūlymus. techninius sprendimus, susijusius su mažo triukšmo optinio pluošto sėklinio šaltinio, linijinio čirškiamo impulso stiprinimo ir intraertminio elektrooptinio kristalo greitosios fazės moduliavimo ir kt., aukštos koherencijos superkontinuumo spektro generavimo naudojant traukiantį kūginį fotoninį kristalų pluoštą ir derinant su Integruota konstrukcijos konstrukcija, temperatūros valdymas, vibracijos izoliacija ir kiti inžineriniai projektai efektyviai sumažino optinio dažnio šukų triukšmą. Neseniai Hainianas Han, asocijuotas tyrėjas šioje grupėje, ir Xiaodong Shao, podoktorantūros bendradarbis, pasiekė, kad dažnio stabilumas būtų 10-19/1000 s, naudojant 20 W didelės vidutinės galios. šviesolaidinio dažnio šukos. Žinoma, kad tai pasiekė dabartinių geriausių optinių atominių laikrodžių dažnio stabilumą, taip pat yra iki šiol optimalus rezultatas, pasiektas naudojant didelės galios optinio dažnio šukas. 1 paveiksle parodyta dviejų identiškų didelės galios optinių skaidulų šukų inžinerijos prototipų schema ir nežiedinių dvigubų optinių šukų palyginimas dažnio stabilumui matuoti.
Tyrime kaip femtosekundinis pradinio impulso šaltinis buvo naudojamas savarankiškai sukonstruotas netiesiškai poliarizuotas sukimosi režimo blokuojamas (NPR) pluošto lazerinis generatorius, o didelės galios femtosekundinis lazerio išėjimas, kurio vidutinė galia didesnė nei 20 W, o impulso plotis – 75 fs buvo gautas po linijinio pluošto čirškiamo impulso stiprinimo (CPA). Nešlio gaubtinės fazės poslinkio (CEO) dažnio užblokuoto dažnio stabilumas yra 1,5 × 10-17/s. Atliekant optinį dažnio fiksavimą, femtosekundiniai impulsai, išeinantys iš skirtingų osciliatoriaus ir stiprintuvo atšakų, su itin stabiliu etaloniniu lazeriu paliejami atskirai, o jei blokavimui naudojamas stiprintuvo išjungtas signalas, išmatuotas didelės galios dažnio stabilumas. sustiprintas lazerio žiedas gali siekti 2×10-18/s, o tik CPA atveju dažnio stabilumas gali siekti 2×10-18/s, o tik CPA atveju dažnis stabilumas gali siekti 2 × 10-18/s. -18/s, o tuo atveju, kai blokuojamas tik osciliatoriaus femtosekundinis impulsas, jei stiprintuvui leidžiama veikti laisvai, dažnio stabilumas gali siekti tik 10-15/s, o tai yra trys eilės mastu blogiau. Triukšmo galios spektro analizė rodo, kad stiprintuvas sukuria didelį žemo dažnio triukšmo kiekį, kuris turi didelę įtaką ilgalaikiam optinio dažnio šukų dažnio stabilumui, o skirtumas siekia net keturias didumo eiles. vartų laikas 1000 s, kaip parodyta 2 pav. (a). Be to, fazinio triukšmo analizės, apibūdinančios trumpalaikį dažnio stabilumą, rezultatai taip pat rodo, kad po kelių triukšmo kontrolės priemonių stiprintuvo keliamas aukšto dažnio triukšmas yra labai mažas ir neturi įtakos trumpalaikis sistemos stabilumas.
Siekiant įvertinti šios didelės vidutinės galios optinio dažnio šukos dažnio stabilumą praktikoje, šiame tyrime pirmą kartą išmatuotos dvi 20 W didelės galios skaidulinio lazerinio dažnio šukos. Matavimo rezultatai rodo, kad tipinė už žiedo ribų dažnio stabilumo vertė yra 4,35 × 10-17/s esant 1 s integravimo laikui ir sumažėja iki 6,54 × 10-19 esant 1 000 s integravimo laikui, kaip parodyta 2 pav. (b), kuri atvers naujas duris daugeliui programų, kurioms reikalinga didelė optinių šukų galia ir aukšto dažnio stabilumas. Ši mokslinių tyrimų pažanga neseniai buvo paskelbta Optics Express pavadinimu „Didelės galios optinio dažnio šukos su 10-19 dažnio nestabilumu“ (Opt. Express 31(20)). (Optics Express 31(20), 32813-32823 (2023)). Pirmasis straipsnio autorius yra Xiaodong Shao, o bendradarbiai yra Zhiyi Wei ir Hainian Han. Šį darbą palaikė Kinijos mokslų akademijos bandomoji programa (XDA1502040404, XDB210104004) ir Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas (60808007, 61378040, 11078022, 91850209).
20 W didelės galios optinio pluošto dažnio šukos su 10-19-os eilės žiedinio dažnio stabilumu.
1 pav. (a) didelės galios optinio pluošto optinių šukų suprojektuoto prototipo nuotrauka, (b) didelio galingumo optinio dažnio šukų papildomo žiedo dažnio stabilumo matavimo schema
2 pav. (a) Atskirai užrakinto osciliatoriaus ir stiprintuvo dažnio stabilumas, (b) didelės galios optinio dažnio šukos su išorinių žiedų palyginimu
