ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ Ultrafast

ຄໍານິຍາມ: ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງທີ່ຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນ optical ສັ້ນ ultrashort.
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ Ultrafast ແມ່ນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງທີ່ໃຊ້ໃນການຂະຫຍາຍກຳມະຈອນທີ່ສັ້ນໄວ. ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ultrafast ບາງອັນຖືກໃຊ້ເພື່ອຂະຫຍາຍການສົ່ງສັນຍານກໍາມະຈອນທີ່ມີອັດຕາການຄ້າງຄືນສູງເພື່ອໃຫ້ໄດ້ພະລັງງານສະເລ່ຍທີ່ສູງຫຼາຍ ໃນຂະນະທີ່ພະລັງງານກໍາມະຈອນຍັງຢູ່ໃນລະດັບປານກາງ, ໃນກໍລະນີອື່ນໆ, ອັດຕາການຄ້າງຄືນທີ່ຕໍ່າກວ່າກໍາມະຈອນຈະໄດ້ຮັບພະລັງງານທີ່ສູງຫຼາຍ ແລະພະລັງງານສູງສຸດທີ່ຂ້ອນຂ້າງໃຫຍ່. ເມື່ອກຳມະຈອນທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນເຫຼົ່ານີ້ຖືກເນັ້ນໃສ່ບາງເປົ້າໝາຍ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງທີ່ສູງຫຼາຍແມ່ນໄດ້ຮັບ, ບາງຄັ້ງກໍ່ໃຫຍ່ກວ່າ 1016â ​ ຶ ດ ະ ະລື ວ/ຊມ 2.
ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ພິຈາລະນາຜົນຜະລິດຂອງເລເຊີແບບລັອກແບບທີ່ມີອັດຕາການເຕັ້ນຂອງກໍາມະຈອນຂອງ 100 MHz, ຄວາມຍາວ 100 fs, ແລະພະລັງງານສະເລ່ຍຂອງ 0.1 W. ດັ່ງນັ້ນພະລັງງານກໍາມະຈອນແມ່ນ 0.1W / 100MHz = 1nJ, ແລະ. ພະລັງງານສູງສຸດແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າ 10kW (ກ່ຽວຂ້ອງກັບຮູບຮ່າງຂອງກໍາມະຈອນ). ເຄື່ອງຂະຫຍາຍພະລັງງານສູງ, ປະຕິບັດຕໍ່ກໍາມະຈອນທັງຫມົດ, ສາມາດເພີ່ມພະລັງງານສະເລ່ຍຂອງຕົນເປັນ 10W, ດັ່ງນັ້ນການເພີ່ມພະລັງງານກໍາມະຈອນເປັນ 100nJ. ອີກທາງເລືອກໜຶ່ງ, ສາມາດນຳໃຊ້ເຄື່ອງຮັບສັນຍານກຳມະຈອນກ່ອນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງເພື່ອຫຼຸດອັດຕາການຄ້າງຄືນຂອງກຳມະຈອນເປັນ 1 kHz. ຖ້າເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງທີ່ມີພະລັງງານສູງຍັງເພີ່ມພະລັງງານສະເລ່ຍເປັນ 10W, ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ພະລັງງານກໍາມະຈອນແມ່ນ 10mJ ໃນເວລານີ້, ແລະພະລັງງານສູງສຸດສາມາດບັນລຸ 100GW.

ຄວາມຕ້ອງການພິເສດສໍາລັບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ultrafast:
ນອກເຫນືອໄປຈາກລາຍລະອຽດດ້ານວິຊາການປົກກະຕິຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ optical, ອຸປະກອນ ultrafast ປະເຊີນກັບບັນຫາເພີ່ມເຕີມ:
ໂດຍສະເພາະສໍາລັບລະບົບພະລັງງານສູງ, ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຕ້ອງມີຂະຫນາດໃຫຍ່ຫຼາຍ. ໃນ ions ທີ່ສົນທະນາຂ້າງເທິງ, ຕ້ອງການເພີ່ມສູງເຖິງ 70dB. ເນື່ອງຈາກເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຜ່ານດຽວແມ່ນຈໍາກັດໃນການໄດ້ຮັບ, ປົກກະຕິແລ້ວການທໍາງານຫຼາຍຊ່ອງແມ່ນໃຊ້ວຽກ. ຜົນກໍາໄລທີ່ສູງຫຼາຍສາມາດບັນລຸໄດ້ດ້ວຍເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຄໍາຄຶດຄໍາເຫັນໃນທາງບວກ. ນອກຈາກນັ້ນ, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຫຼາຍຂັ້ນຕອນ (ຕ່ອງໂສ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ) ມັກຈະຖືກຈ້າງງານ, ບ່ອນທີ່ຂັ້ນຕອນທໍາອິດໃຫ້ຜົນປະໂຫຍດສູງແລະຂັ້ນຕອນສຸດທ້າຍແມ່ນການເພີ່ມປະສິດທິພາບສໍາລັບພະລັງງານກໍາມະຈອນສູງແລະການສະກັດເອົາພະລັງງານທີ່ມີປະສິດທິພາບ.
ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວການໄດ້ຮັບສູງຍັງໝາຍເຖິງຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ກັບແສງສະທ້ອນກັບຫຼັງ (ຍົກເວັ້ນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງໃນແງ່ບວກ) ແລະ ແນວໂນ້ມທີ່ຈະຜະລິດການປ່ອຍອາຍພິດແບບອັດຕະໂນມັດ (ASE). ໃນລະດັບໃດຫນຶ່ງ, ASE ສາມາດຖືກສະກັດກັ້ນໂດຍການວາງສະຫຼັບ optical (ຕົວປັບສຽງສຽງ - optical) ລະຫວ່າງສອງຂັ້ນຕອນຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ. ສະວິດເຫຼົ່ານີ້ເປີດພຽງແຕ່ໄລຍະຫ່າງທີ່ສັ້ນຫຼາຍປະມານຈຸດສູງສຸດຂອງກໍາມະຈອນຂະຫຍາຍ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຊ່ວງເວລານີ້ຍັງຍາວກວ່າເມື່ອທຽບໃສ່ກັບຄວາມຍາວຂອງກໍາມະຈອນ, ດັ່ງນັ້ນການສະກັດກັ້ນສຽງລົບກວນພື້ນຫລັງຂອງ ASE ຢູ່ໃກ້ກັບກໍາມະຈອນແມ່ນເປັນໄປບໍ່ໄດ້. ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ optical parametric ປະຕິບັດໄດ້ດີກວ່າໃນເລື່ອງນີ້ເພາະວ່າພວກເຂົາພຽງແຕ່ສະຫນອງຜົນປະໂຫຍດເມື່ອກໍາມະຈອນຂອງປັ໊ມຜ່ານ. ແສງ backpropagating ບໍ່ໄດ້ຂະຫຍາຍ.
ກໍາມະຈອນເຕັ້ນ Ultrashort ມີແບນວິດທີ່ສໍາຄັນ, ເຊິ່ງສາມາດຫຼຸດລົງໂດຍຜົນກະທົບເພີ່ມແຄບໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ຄວາມຍາວຂອງກໍາມະຈອນຂະຫຍາຍຍາວ. ໃນເວລາທີ່ຄວາມຍາວຂອງກໍາມະຈອນແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າສິບຂອງ femtoseconds, ຈໍາເປັນຕ້ອງມີເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ultra-wideband. ການໄດ້ຮັບແຄບແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນໂດຍສະເພາະໃນລະບົບການໄດ້ຮັບສູງ.
ໂດຍສະເພາະສໍາລັບລະບົບທີ່ມີພະລັງງານກໍາມະຈອນສູງ, ຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນສາຍຕ່າງໆສາມາດບິດເບືອນຮູບຮ່າງຂອງກໍາມະຈອນຊົ່ວຄາວແລະທາງກວ້າງຂອງ, ແລະແມ້ກະທັ້ງທໍາລາຍເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງເນື່ອງຈາກຜົນກະທົບທີ່ຕົນເອງສຸມໃສ່. ວິທີທີ່ມີປະສິດທິຜົນທີ່ຈະສະກັດກັ້ນຜົນກະທົບນີ້ແມ່ນການໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນຂອງ chirped (CPA), ບ່ອນທີ່ກໍາມະຈອນແມ່ນການກະຈາຍຄັ້ງທໍາອິດຂະຫຍາຍອອກເປັນຄວາມຍາວຂອງ, ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, 1 ns, ຂະຫຍາຍ, ແລະສຸດທ້າຍ dispersion compressed. ອີກທາງເລືອກໜຶ່ງທີ່ບໍ່ຄ່ອຍມີຄືການໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຍ່ອຍ. ອີກວິທີໜຶ່ງທີ່ສຳຄັນແມ່ນການເພີ່ມພື້ນທີ່ໂໝດຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງເພື່ອຫຼຸດຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງ.
ສໍາລັບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຜ່ານດຽວ, ການສະກັດເອົາພະລັງງານທີ່ມີປະສິດທິພາບແມ່ນເປັນໄປໄດ້ພຽງແຕ່ຖ້າຄວາມຍາວຂອງກໍາມະຈອນຍາວພຽງພໍທີ່ຈະອະນຸຍາດໃຫ້ກໍາມະຈອນ flux ສາມາດບັນລຸລະດັບ flux ການອີ່ມຕົວໂດຍບໍ່ມີການເຮັດໃຫ້ເກີດຜົນກະທົບ nonlinear ທີ່ເຂັ້ມແຂງ.
ຄວາມຕ້ອງການທີ່ແຕກຕ່າງກັນສໍາລັບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ultrafast ແມ່ນສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນໃນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງພະລັງງານກໍາມະຈອນ, ຄວາມຍາວຂອງກໍາມະຈອນ, ອັດຕາການຄ້າງຫ້ອງ, wavelength ສະເລ່ຍ, ແລະອື່ນໆ. ດັ່ງນັ້ນ, ອຸປະກອນທີ່ແຕກຕ່າງກັນຕ້ອງໄດ້ຮັບການຮັບຮອງເອົາ. ຂ້າງລຸ່ມນີ້ແມ່ນບາງຕົວວັດແທກການປະຕິບັດປົກກະຕິທີ່ໄດ້ຮັບສໍາລັບປະເພດຕ່າງໆຂອງລະບົບ:
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງເສັ້ນໄຍ ytterbium-doped ສາມາດຂະຫຍາຍຄວາມໄວຂອງ 10ps ທີ່ 100MHz ເປັນພະລັງງານສະເລ່ຍຂອງ 10W. (ລະບົບທີ່ມີຄວາມສາມາດນີ້ບາງຄັ້ງເອີ້ນວ່າເລເຊີເສັ້ນໄຍ ultrafast, ເຖິງແມ່ນວ່າຕົວຈິງແລ້ວມັນແມ່ນອຸປະກອນເຄື່ອງຂະຫຍາຍພະລັງງານ oscillator.) ພະລັງງານສູງສຸດຂອງ 10 kW ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງງ່າຍທີ່ຈະບັນລຸໄດ້ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີທີ່ມີພື້ນທີ່ຮູບແບບຂະຫນາດໃຫຍ່. ແຕ່ດ້ວຍກໍາມະຈອນ femtosecond, ລະບົບດັ່ງກ່າວຈະມີຜົນກະທົບ nonlinear ທີ່ເຂັ້ມແຂງຫຼາຍ. ເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍກໍາມະຈອນເຕັ້ນ femtosecond, ຕິດຕາມມາດ້ວຍການຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນເຕັ້ນ chirped, ພະລັງງານຂອງ microjoules ຈໍານວນຫນ້ອຍສາມາດໄດ້ຮັບການໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍ, ຫຼືໃນກໍລະນີທີ່ຮ້າຍໄປຫຼາຍກ່ວາ 1 mJ. ວິທີການທາງເລືອກແມ່ນການຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນ parabolic ໃນເສັ້ນໄຍທີ່ມີການກະແຈກກະຈາຍປົກກະຕິ, ປະຕິບັດຕາມດ້ວຍການບີບອັດກະແຈກກະຈາຍຂອງກໍາມະຈອນ.
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແບບຫຼາຍສາຍ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແບບ Ti:Sapphire, ສາມາດສະໜອງພື້ນທີ່ໂໝດໃຫຍ່, ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີພະລັງງານອອກຕາມລຳດັບຂອງ 1 J, ດ້ວຍອັດຕາກຳມະຈອນທີ່ຂ້ອນຂ້າງຕໍ່າເຊັ່ນ: 10 Hz. ການຍືດຕົວຂອງກໍາມະຈອນໂດຍສອງສາມວິນາທີແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນເພື່ອສະກັດກັ້ນຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນ. ຕໍ່ມາບີບອັດເພື່ອເວົ້າວ່າ 20fs, ພະລັງງານສູງສຸດສາມາດບັນລຸສິບ terawatts (TW); ລະບົບຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ກ້າວຫນ້າທີ່ສຸດສາມາດບັນລຸພະລັງງານສູງສຸດທີ່ສູງກວ່າ 1PW, ເຊິ່ງຢູ່ໃນຄໍາສັ່ງຂອງ picowatts. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ລະບົບຂະຫນາດນ້ອຍສາມາດຜະລິດ 1 mJ pulses ທີ່ 10 kHz. ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງແບບ multipass ມັກຈະຢູ່ໃນຄໍາສັ່ງຂອງ 10dB.
ສາມາດໄດ້ຮັບສູງຫຼາຍສິບ dB ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຕອບຮັບໃນທາງບວກ. ຕົວຢ່າງ, 1 nJ pulse ສາມາດຂະຫຍາຍເປັນ 1 mJ ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຄວາມຄິດເຫັນໃນທາງບວກ Ti:Sapphire. ນອກຈາກນັ້ນ, ເຄື່ອງຂະຫຍາຍກໍາມະຈອນເຕັ້ນແມ່ນຈໍາເປັນເພື່ອສະກັດກັ້ນຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນ.
ການນໍາໃຊ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງຄວາມຄິດເຫັນໃນທາງບວກໂດຍອີງໃສ່ຫົວເລເຊີບາງໆ ytterbium-doped, pulses ຫນ້ອຍກວ່າ 1 ps ໃນຄວາມຍາວສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້ຫຼາຍຮ້ອຍ microjoules ໂດຍບໍ່ມີການຕ້ອງການ CPA.
ຕົວຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີພາຣາມິເຕີທີ່ສູບດ້ວຍກຳມະຈອນ nanosecond ທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍເລເຊີ Q-switched ສາມາດຂະຫຍາຍພະລັງງານກໍາມະຈອນທີ່ຍືດຍາວເປັນຫຼາຍ millijoules. ການໄດ້ຮັບສູງຂອງຫຼາຍ decibels ສາມາດບັນລຸໄດ້ໃນການດໍາເນີນງານຊ່ອງດຽວ. ສໍາລັບໂຄງສ້າງການຈັບຄູ່ໄລຍະພິເສດ, ແບນວິດທີ່ໄດ້ຮັບແມ່ນຂະຫນາດໃຫຍ່ຫຼາຍ, ດັ່ງນັ້ນກໍາມະຈອນສັ້ນຫຼາຍສາມາດໄດ້ຮັບຫຼັງຈາກການບີບອັດກະແຈກກະຈາຍ.
ຂໍ້ມູນສະເພາະດ້ານປະສິດທິພາບຂອງລະບົບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ultrafast ທາງດ້ານການຄ້າມັກຈະຕໍ່າກວ່າປະສິດທິພາບທີ່ດີທີ່ສຸດທີ່ໄດ້ຮັບໃນການທົດລອງທາງວິທະຍາສາດ. ໃນຫຼາຍໆກໍລະນີ, ເຫດຜົນຕົ້ນຕໍແມ່ນວ່າອຸປະກອນແລະເຕັກນິກທີ່ໃຊ້ໃນການທົດລອງມັກຈະບໍ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ກັບອຸປະກອນການຄ້າເນື່ອງຈາກການຂາດສະຖຽນລະພາບແລະຄວາມທົນທານຂອງມັນ. ຕົວຢ່າງ, ລະບົບເສັ້ນໃຍແກ້ວນໍາແສງທີ່ຊັບຊ້ອນປະກອບດ້ວຍຂະບວນການຫັນປ່ຽນຫຼາຍອັນລະຫວ່າງເສັ້ນໃຍແກ້ວນໍາແສງ ແລະຊ່ອງຫວ່າງ optics. ລະບົບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງໄຟເບີທັງໝົດສາມາດສ້າງໄດ້, ແຕ່ລະບົບເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ບັນລຸປະສິດທິພາບຂອງລະບົບທີ່ໃຊ້ optics ຫຼາຍ. ມີກໍລະນີອື່ນໆທີ່ optics ດໍາເນີນການຢູ່ໃກ້ກັບຂອບເຂດຄວາມເສຍຫາຍຂອງເຂົາເຈົ້າ; ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສໍາລັບອຸປະກອນການຄ້າ, ການຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພສູງກວ່າແມ່ນຈໍາເປັນ. ບັນຫາອີກຢ່າງຫນຶ່ງແມ່ນຕ້ອງການວັດສະດຸພິເສດບາງຢ່າງ, ເຊິ່ງມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກຫຼາຍທີ່ຈະໄດ້ຮັບ.

ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ:
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ Ultrafast ມີຫຼາຍຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ:
ອຸປະກອນຈໍານວນຫຼາຍຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການຄົ້ນຄວ້າພື້ນຖານ. ພວກເຂົາສາມາດສະຫນອງກໍາມະຈອນທີ່ເຂັ້ມແຂງສໍາລັບຂະບວນການ nonlinear ທີ່ເຂັ້ມແຂງ, ເຊັ່ນ: ການຜະລິດປະສົມກົມກຽວຄໍາສັ່ງສູງ, ຫຼືເພື່ອເລັ່ງອະນຸພາກກັບພະລັງງານສູງຫຼາຍ.
ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ultrafast ຂະຫນາດໃຫຍ່ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນການຄົ້ນຄວ້າສໍາລັບ fusion laser induced (fusion confinement inertial, ignition ໄວ).
pulses Picosecond ຫຼື femtosecond ທີ່ມີພະລັງງານໃນ millijoules ແມ່ນມີປະໂຫຍດໃນເຄື່ອງຈັກທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາ. ຕົວຢ່າງ, ກໍາມະຈອນເຕັ້ນສັ້ນຫຼາຍອະນຸຍາດໃຫ້ຕັດແຜ່ນໂລຫະບາງໆລະອຽດແລະຖືກຕ້ອງ.
ລະບົບເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ Ultrafast ແມ່ນຍາກທີ່ຈະປະຕິບັດໃນອຸດສາຫະກໍາເນື່ອງຈາກຄວາມສັບສົນແລະລາຄາທີ່ສູງ, ແລະບາງຄັ້ງກໍ່ຍ້ອນການຂາດຄວາມຫມັ້ນຄົງ. ໃນ​ກໍ​ລະ​ນີ​ນີ້, ການ​ພັດ​ທະ​ນາ​ເຕັກ​ໂນ​ໂລ​ຊີ​ທີ່​ກ້າວ​ຫນ້າ​ຫຼາຍ​ແມ່ນ​ຈໍາ​ເປັນ​ເພື່ອ​ປັບ​ປຸງ​ສະ​ຖາ​ນະ​ການ.