Amplifier ultrafast

Sainmhíniú: Aimplitheoir a aimplíonn bíoga optúla ultraghearr.
Is aimplitheoirí optúla iad aimplitheoirí ultrafast a úsáidtear chun bíoga ultrashorta a aimpliú. Úsáidtear roinnt aimplitheoirí ultrafast chun traenacha cuisle ard-ráta athrá a aimpliú chun meánchumhacht an-ard a fháil agus an fuinneamh cuisle fós ag leibhéil measartha, i gcásanna eile faigheann bíoga ráta athrá níos ísle gnóthachan níos mó agus faigheann siad fuinneamh bíoga an-ard agus buaicchumhacht réasúnta mór. Nuair a bhíonn na bíoga déine seo dírithe ar roinnt spriocanna, faightear déine solais an-ard, uaireanta fiú níos mó ná 1016′W/cm2.
Mar shampla, smaoinigh ar aschur léasair módghlasáilte le ráta athrá bíge de 100 MHz, fad 100 fs, agus meánchumhacht 0.1 W. Mar sin is é 0.1W/100MHz=1nJ an fuinneamh cuisle, agus an tá buaicchumhacht níos lú ná 10kW (a bhaineann leis an gcruth cuisle). Is féidir le aimplitheoir ardchumhachta, ag gníomhú ar an gcuisle ar fad, a mheánchumhacht a mhéadú go 10W, rud a mhéadaíonn an fuinneamh cuisle go 100nJ. Mar mhalairt air sin, is féidir úsáid a bhaint as piocadh bíog roimh an aimplitheoir chun an ráta athrá cuisle a laghdú go 1 kHz. Má ardaíonn an t-aimplitheoir ard-chumhachta fós an meánchumhacht go 10W, ansin tá an fuinneamh cuisle 10mJ ag an am seo, agus is féidir leis an buaicchumhacht 100GW a bhaint amach.

Riachtanais speisialta le haghaidh aimplitheoirí ultrafast:
Chomh maith leis na sonraí teicniúla is gnách ar aimplitheoirí optúla, bíonn fadhbanna breise ag baint le feistí ultrafast:
Go háirithe le haghaidh córais ardfhuinnimh, ní mór gnóthachan an amplifier a bheith an-mhór. Sna hiain a pléadh thuas, tá gá le gnóthachan suas le 70dB. Ós rud é go bhfuil aimplitheoirí aon-pas teoranta i ngnóthachan, is gnách go n-úsáidtear oibríocht ilchainéil. Is féidir gnóthachain an-ard a bhaint amach le aimplitheoirí aiseolais dearfacha. Ina theannta sin, is minic a úsáidtear aimplitheoirí ilchéime (slabhraí aimplitheoirí), i gcás ina soláthraíonn an chéad chéim gnóthachan ard agus go bhfuil an chéim dheireanach optamaithe le haghaidh fuinneamh ard-pulse agus eastóscadh éifeachtach fuinnimh.
Ciallaíonn gnóthachan ard freisin go ginearálta go bhfuil níos mó íogaireachta ann maidir le solas cúl-léirithe (cé is moite d’aimplitheoirí aiseolais dearfacha) agus claonadh níos mó astú spontáineach aimplithe (ASE). Go pointe áirithe, is féidir ASE a chur faoi chois trí lasc optúil (modulator acousto-optúil) a chur idir an dá chéim d'aimplitheoirí. Ní osclaíonn na lasca seo ach ar feadh tréimhsí ama an-ghearr thart ar bhuaic na bíge aimplithe. Mar sin féin, tá an t-eatramh ama seo fós fada i gcomparáid leis an fad cuisle, agus mar sin ní dócha go gcuirfear torann cúlra ASE in aice leis an gcuisle faoi chois. Feidhmíonn aimplitheoirí paraiméadracha optúla níos fearr maidir leis seo toisc nach soláthraíonn siad gnóthachan ach amháin nuair a théann an chuisle caidéil tríd. Ní aimplítear an solas cúlpropagating.
Tá bandaleithead suntasach ag bíoga ultraghearr, ar féidir é a laghdú tríd an éifeacht cúngaithe gnóthachain san aimplitheoir, rud a fhágann go mbeidh faid chuisle aimplithe níos faide. Nuair a bhíonn fad na bíge níos lú ná na deich femtoseconds, tá gá le aimplitheoir ultra-leathanbhanda. Tá caolú gnóthachain thar a bheith tábhachtach i gcórais ghnóthachain ard.
Go háirithe do chórais a bhfuil fuinneamh cuisle ard acu, is féidir le héifeachtaí neamhlíneacha éagsúla cruth ama agus spásúil na cuisle a shaobhadh, agus fiú damáiste a dhéanamh don aimplitheoir de bharr éifeachtaí féinfhócais. Bealach éifeachtach chun an éifeacht seo a shochtadh is ea aimplitheoir cuisle chirped (CPA) a úsáid, áit a leathnaítear an chuisle ar dtús go fad, mar shampla, 1 ns, ansin aimplithe, agus ar deireadh an scaipeadh comhbhrúite. Rogha eile nach bhfuil chomh coitianta ná aimplitheoir fo-chuisle a úsáid. Modh tábhachtach eile is ea limistéar mód an amplifier a mhéadú chun an déine solais a laghdú.
I gcás aimplitheoirí aon-pas, ní féidir eastóscadh éifeachtach fuinnimh ach amháin má tá fad na bíge fada go leor chun ligean don fhlosc chuisle leibhéil flosc sáithiúcháin a bhaint amach gan éifeachtaí láidre neamhlíneacha a chruthú.
Léirítear na ceanglais éagsúla maidir le aimplitheoirí ultrafast i difríochtaí i bhfuinneamh cuisle, fad bíge, ráta athrá, meán-thonnfhad, etc. Dá réir sin, is gá feistí éagsúla a ghlacadh. Seo thíos roinnt gnáthmhéadracht feidhmíochta a fhaightear le haghaidh cineálacha éagsúla córas:
Is féidir leis an aimplitheoir snáithíní ytterbium-dopáilte an traein chuisle de 10ps ag 100MHz a mhéadú go dtí meánchumhacht 10W. (Tugtar léasair snáithín ultrafast ar chóras leis an gcumas seo uaireanta, cé gur feiste aimplitheoir cumhachta oscillator máistir é i ndáiríre.) Tá buaicchumhachtaí 10 kW sách éasca a bhaint amach ag baint úsáide as aimplitheoirí snáithíní le réimsí mód móra. Ach le bíoga femtosecond, bheadh ​​éifeachtaí neamhlíneacha an-láidir ag a leithéid de chóras. Ag tosú le bíoga femtosecond, agus aimpliú cuisle chirped ina dhiaidh sin, is féidir fuinneamh cúpla microjoule a fháil go héasca, nó i gcásanna tromchúiseacha níos mó ná 1 mJ. Is é cur chuige eile ná cuisle parabolic i snáithín a mhéadú le gnáth-scaipeadh, agus scaipeadh comhbhrú na cuisle ina dhiaidh sin.
Is féidir le aimplitheoir mórchóir il-pas, mar aimplitheoir Ti:Sapphire-bhunaithe, achar mód mór a sholáthar, rud a fhágann fuinneamh aschuir ar ord 1 J, le rátaí athrá cuisle réasúnta íseal, mar shampla 10 Hz. Tá gá le síneadh bíge faoi chúpla nanascoicindí chun éifeachtaí neamhlíneacha a chosc. Níos déanaí comhbhrúite a rá 20fs, is féidir leis an buaicchumhacht a bhaint amach na mílte terawatts (TW); is féidir leis na córais mhóra is úire buaicchumhacht a bhaint amach níos mó ná 1PW, atá ar ord picowatts. Is féidir le córais níos lú, mar shampla, bíoga 1 mJ a ghiniúint ag 10 kHz. Is gnách go mbíonn gnóthachan aimplitheoir ilbhealaigh thart ar 10dB.
Is féidir gnóthachan ard de dheichí dB a fháil in aimplitheoir aiseolais dearfach. Mar shampla, is féidir cuisle 1 nJ a mhéadú go 1 mJ ag baint úsáide as aimplitheoir aiseolais dearfach Ti:Sapphire. Ina theannta sin, tá gá le aimplitheoir cuisle chirped chun éifeachtaí neamhlíneacha a bhaint.
Ag baint úsáide as aimplitheoir aiseolais dearfach atá bunaithe ar cheann léasair diosca tanaí-dhópáilte ytterbium, is féidir bíoga níos lú ná 1 ps ar fad a mhéadú go cúpla céad microjoule gan gá le CPA.
Is féidir le aimplitheoirí paraiméadracha snáithíneacha a phumpáiltear le bíoga nanosecond a ghintear le léasair Q-aistrithe an fuinneamh bíge sínte a mhéadú go dtí roinnt millijoule. Is féidir gnóthachan ard de roinnt deicibeil a bhaint amach in oibríocht aon chainéil. I gcás struchtúir meaitseála céim speisialta, tá an bandaleithead gnóthachain an-mhór, agus mar sin is féidir cuisle an-ghearr a fháil tar éis comhbhrú scaipthe.
Is minic go mbíonn sonraíochtaí feidhmíochta na gcóras aimplitheoirí ultrafast tráchtála i bhfad faoi bhun na feidhmíochta is fearr a fhaightear i dturgnaimh eolaíocha. I go leor cásanna, is í an phríomhchúis ná nach féidir na feistí agus na teicníochtaí a úsáidtear sna turgnaimh a chur i bhfeidhm go minic ar fheistí tráchtála mar gheall ar a n-easpa cobhsaíochta agus láidreachta. Mar shampla, tá próisis iolracha aistrithe idir snáithíní optúla agus optaic shaorspáis i gcórais snáithíní optúla casta. Is féidir córais aimplitheoirí uile-snáithíneacha a thógáil, ach ní bhaineann na córais seo amach feidhmíocht na gcóras a úsáideann mór-optaice. Tá cásanna eile ann ina n-oibríonn snáthoptaice gar dá dtairseach damáiste; i gcás feistí tráchtála, áfach, tá gá le dearbhuithe sábháilteachta níos airde. Fadhb eile ná go bhfuil gá le roinnt ábhair speisialta, atá an-deacair a fháil.

Feidhmchlár:
Tá go leor feidhmeanna ag aimplitheoirí ultrafast:
Úsáidtear go leor feistí le haghaidh taighde bunúsach. Is féidir leo bíoga láidre a sholáthar do phróisis láidre neamhlíneacha, amhail giniúint armónach ard-ord, nó chun cáithníní a ghéarú go fuinneamh an-ard.
Úsáidtear aimplitheoirí móra ultrafast i dtaighde le haghaidh comhleá spreagtha léasair (comhleá luí seoil inertial, adhainte tapa).
Tá bíoga picosecond nó femtosecond le fuinneamh i millijoule tairbheach maidir le cruinneas meaisínithe. Mar shampla, ceadaíonn bíoga an-ghearr gearradh an-mhín agus cruinn ar leatháin miotail tanaí.
Tá sé deacair córais amplifier ultrafast a chur i bhfeidhm sa tionscal mar gheall ar a gcastacht agus ar phraghas ard, agus uaireanta mar gheall ar a n-easpa stóinseachta. Sa chás seo, tá gá le forbairtí níos forbartha ó thaobh na teicneolaíochta de chun an scéal a fheabhsú.