تصميم المسار البصري لليزر ذي النمط المقفل بمدة 66 فيمتوثانية

تصميم المسار البصري لـ 66 فيمتوثانيةليزر مقفل الوضع
هذا الليزر ذو النمط المقفل، والذي يعمل بنبضة مدتها 66 فيمتوثانية، هو ليزر ألياف مطعّم بالإيتربيوم ذو تجويف خطي يحافظ على الاستقطاب الكامل، ومزود بمُزحزح طور غير تبادلي. يحقق هذا الليزر قفلًا للنمط بتردد أساسي يبلغ 147 ميجاهرتز. ومن خلال ضبط المسافة بين المحززات، يتم الحصول على عرض طيفي يبلغ 39.8 نانومتر وعرض نبضة يبلغ 66 فيمتوثانية بعد الضغط الخارجي. عند قدرة ضخ عالية، يتم تحقيق قفل للنمط التوافقي من الرتبة الثانية والثالثة بترددات تكرار تبلغ 294.1 ميجاهرتز و442.3 ميجاهرتز على التوالي.

وصف المسار البصري:
يتكون الرنان من أجزاء بصرية مكانية على كلا الجانبين وجزء ليفي يحافظ على الاستقطاب في المنتصف. يشمل الجزء المكاني الأيسر مرآة انعكاس كلي (M1)، ولوحة موجية λ/8 (EWP)، ومُدوِّر فاراداي (FR). يمكن استخدام مزيج EWP وFR كمُغيِّر طور غير تبادلي، مما يوفر انحياز طور غير تبادلي، وبالتالي يعزز قدرة بدء التشغيل الذاتي. يتكون الجزء الليفي من جهاز مُدمج مُخصَّص لتقسيم الطول الموجي - مُجمِّع (WDM-Collimator)، وليف ليف بصري مُطعَّم بالإيتربيوم بطول 62 سم ​​يحافظ على الاستقطاب (Yb401-PM، CORACTIVE)، ومُجمِّع ألياف بصرية (Col). يُضخّ ليف التضخيم بواسطة ليزر ثنائي أحادي النمط بطول موجي 976 نانومتر (LD) وبقدرة ضخ قصوى تبلغ 1.4 واط. يتكون الجزء المكاني الأيمن من صفيحة نصف موجة (HWP)، ومقسم شعاع استقطابي (PBS)، وزوج محزز (LightSmyth T-1000-1040-3212-94)، ومرآة انعكاس كلي (M2). يوفر زوج محزز النقل، بكثافة خطية تبلغ 1000 خط/مم، تعويضًا للتشتت داخل التجويف. يمكن ضبط المسافة بين المحززين بواسطة منصة. يبلغ طول الفضاء الحر من المجمع إلى مرآتي الانعكاس على كلا الجانبين 5.5 سم و6.5 سم على التوالي.ليزريُخرج نبضات بطريقة استقطاب خطي من مقسم النبضات.
مبدأ العمل:
تبدأ النبضة المعيارية الأولية، التي تُرسل عبر حلقة التجويف الداخلي، من مقسم الاستقطاب (PBS) وتُرسل إلى المرآة M1. في البداية، يقوم نصف الموجة (HWP) بتحليل النبضة إلى مركبتين متعامدتين، ثم تدخل النبضة إلى الألياف البصرية الحافظة للاستقطاب وتنتشر على طول المحورين السريع والبطيء. تُحدد زاوية دوران نصف الموجة (θh) نسبة شدة النبضات على طول المحورين المتعامدين. أثناء الانتشار داخل الألياف البصرية، وبسبب التأثيرات غير الخطية، تتسبب الشدة غير المتماثلة للنبضات المستقطبة المتعامدة في حدوث إزاحات طور غير خطية مرتبطة بالشدة. تسمح المرآة النهائية M1 للنبضات المتعامدة بالمرور عبر مُغير الطور مرتين والعودة إلى الألياف البصرية الحافظة للاستقطاب. تكتسب النبضات المتعامدة إزاحة طور غير تبادلية مقدارها π/2، وتتبادل محور الانتشار البصري. يؤدي عدم تطابق سرعة المجموعة بين النبضات المستقطبة المتعامدة إلى تعويض تأثير الانحراف. أخيرًا، تتراكم على النبضة إزاحات طور غير خطية مختلفة وتخضع للتداخل عند مقسم الشعاع الاستقطابي (PBS). وباعتباره مستقطبًا، يسمح مقسم الشعاع الاستقطابي بمرور نبضات حالة الاستقطاب المناسبة، بينما ينعكس الباقي خارج التجويف. وتؤدي هذه العملية دور ممتص اصطناعي قابل للإشباع في هذا التجويف الخطي.ليزر بصريعندما تقل المسافة بين أزواج المحززات إلى 3.2 مم، يصبح الطرف الأيسر للطيف أكثر انحدارًا بشكل ملحوظ. في هذه الحالة، يكون تشتت التجويف الكلي موجبًا، ويتم الحصول على أقصى طاقة للنبضة المفردة تبلغ 3.57 نانو جول. يتم مطابقة أثر الارتباط الذاتي للنبضة، الناتج عن الضغط الخارجي للنبضة ذات أوسع عرض طيفي يبلغ 39.8 نانومتر، بدالة غاوسية، وقيمته 66 فيمتوثانية.