แสงที่มองเห็นได้ต่ำกว่า 20 เฟมโตวินาทีแหล่งกำเนิดเลเซอร์พัลส์แบบปรับได้
เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยจากสหราชอาณาจักรได้เผยแพร่ผลการศึกษาเชิงนวัตกรรม โดยประกาศว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการพัฒนาอุปกรณ์ปรับแสงที่มองเห็นได้แบบปรับได้ในระดับเมกะวัตต์ที่ต่ำกว่า 20 เฟมโตวินาทีแหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบพัลส์แหล่งกำเนิดเลเซอร์แบบพัลส์นี้มีความรวดเร็วเป็นพิเศษไฟเบอร์เลเซอร์ระบบนี้สามารถสร้างพัลส์ที่มีความยาวคลื่นปรับได้ ระยะเวลาสั้นมาก พลังงานสูงถึง 39 นาโนจูล และกำลังสูงสุดเกิน 2 เมกะวัตต์ ซึ่งเปิดโอกาสการประยุกต์ใช้งานใหม่ๆ ให้กับสาขาต่างๆ เช่น การสเปกโตรสโคปีความเร็วสูง การถ่ายภาพทางชีวภาพ และการแปรรูปทางอุตสาหกรรม
จุดเด่นสำคัญของเทคโนโลยีนี้อยู่ที่การผสมผสานวิธีการที่ทันสมัยสองวิธี ได้แก่ “การขยายสัญญาณแบบไม่เชิงเส้นแบบควบคุมเกน (GMNA)” และ “การปล่อยคลื่นเรโซแนนซ์แบบกระจาย (RDW)” ในอดีต เพื่อให้ได้พัลส์อัลตราชชอร์ตที่ปรับแต่งได้ประสิทธิภาพสูงเช่นนี้ มักจำเป็นต้องใช้เลเซอร์ไทเทเนียม-แซฟไฟร์ที่มีราคาแพงและซับซ้อน หรือเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริกแบบออปติคัล อุปกรณ์เหล่านี้ไม่เพียงแต่มีราคาแพง เทอะทะ และบำรุงรักษายากเท่านั้น แต่ยังมีข้อจำกัดด้านอัตราการทำซ้ำและช่วงการปรับแต่งที่ต่ำ โซลูชันไฟเบอร์ทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นในครั้งนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดความซับซ้อนของสถาปัตยกรรมระบบได้อย่างมาก แต่ยังช่วยลดต้นทุนและความซับซ้อนลงอย่างมากอีกด้วย โซลูชันนี้ช่วยให้สามารถสร้างพัลส์กำลังสูงที่ความถี่ต่ำกว่า 20 เฟมโตวินาทีได้โดยตรง ซึ่งสามารถปรับได้ถึง 400 ถึง 700 นาโนเมตร และสูงกว่าพัลส์กำลังสูงที่ความถี่การทำซ้ำสูง 4.8 เมกะเฮิรตซ์ ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในความก้าวหน้าครั้งนี้ด้วยสถาปัตยกรรมระบบที่ออกแบบมาอย่างแม่นยำ ประการแรก พวกเขาใช้ออสซิลเลเตอร์เส้นใยอิตเทอร์เบียมแบบล็อกโหมดที่รักษาโพลาไรเซชันอย่างสมบูรณ์ ซึ่งใช้กระจกวงแหวนขยายสัญญาณแบบไม่เชิงเส้น (NALM) เป็นแหล่งสัญญาณเริ่มต้น การออกแบบนี้ไม่เพียงแต่รับประกันความเสถียรในระยะยาวของระบบ แต่ยังหลีกเลี่ยงปัญหาการเสื่อมสภาพของตัวดูดซับอิ่มตัวทางกายภาพ หลังจากการขยายสัญญาณเบื้องต้นและการบีบอัดพัลส์ พัลส์เริ่มต้นจะถูกนำเข้าสู่ขั้นตอน GMNA GMNA ใช้การมอดูเลตเฟสตนเองและการกระจายอัตราขยายแบบไม่สมมาตรตามยาวในเส้นใยแก้วนำแสงเพื่อให้เกิดการขยายสเปกตรัมและสร้างพัลส์อัลตราสั้นที่มีสัญญาณแหลมเชิงเส้นเกือบสมบูรณ์แบบ ซึ่งในที่สุดจะถูกบีบอัดให้เหลือต่ำกว่า 40 เฟมโตวินาทีผ่านคู่สัญญาณแบบเกรตติง ในระหว่างขั้นตอนการสร้าง RDW นักวิจัยได้ใช้เส้นใยแก้วกลวงแกนกลวงแบบเรโซแนนซ์เก้าตัวที่ออกแบบและผลิตขึ้นเอง ใยแก้วนำแสงชนิดนี้มีการสูญเสียพลังงานต่ำมากในย่านพัลส์ของปั๊มและช่วงแสงที่มองเห็นได้ ทำให้สามารถแปลงพลังงานจากปั๊มไปยังคลื่นกระจายได้อย่างมีประสิทธิภาพ และหลีกเลี่ยงการรบกวนที่เกิดจากย่านเรโซแนนซ์ที่มีการสูญเสียพลังงานสูง ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม พลังงานพัลส์ของคลื่นกระจายที่ส่งออกโดยระบบสามารถสูงถึง 39 นาโนจูล ความกว้างของพัลส์ที่สั้นที่สุดสามารถสูงถึง 13 เฟมโตวินาที กำลังไฟฟ้าสูงสุดสามารถสูงถึง 2.2 เมกะวัตต์ และประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงถึง 13% ยิ่งไปกว่านั้น การปรับค่าความดันก๊าซและพารามิเตอร์ของใยแก้วนำแสงยังช่วยให้ระบบสามารถขยายไปยังย่านอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดได้อย่างง่ายดาย ทำให้สามารถปรับย่านความถี่กว้างจากอัลตราไวโอเลตลึกเป็นอินฟราเรดได้
งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่มีความสำคัญอย่างยิ่งในสาขาพื้นฐานของโฟโตนิกส์เท่านั้น แต่ยังเปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับภาคอุตสาหกรรมและภาคการประยุกต์ใช้งานอีกด้วย ยกตัวอย่างเช่น ในสาขาต่างๆ เช่น การถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์หลายโฟตอน สเปกโทรสโกปีแบบแยกส่วนเวลาความเร็วสูงพิเศษ การประมวลผลวัสดุ การแพทย์แม่นยำ และการวิจัยออปติกแบบไม่เชิงเส้นความเร็วสูงพิเศษ แหล่งกำเนิดแสงความเร็วสูงพิเศษชนิดใหม่ที่มีขนาดกะทัดรัด มีประสิทธิภาพ และต้นทุนต่ำนี้จะมอบเครื่องมือและความยืดหยุ่นที่ไม่เคยมีมาก่อนให้แก่ผู้ใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่ต้องการอัตราการทำซ้ำสูง กำลังสูงสุด และพัลส์สั้นพิเศษ เทคโนโลยีนี้จึงมีความสามารถในการแข่งขันสูงกว่าและมีศักยภาพในการประชาสัมพันธ์สูงกว่าระบบขยายสัญญาณแบบไทเทเนียม-แซฟไฟร์หรือออปติคัลพาราเมตริกแบบดั้งเดิม
ในอนาคต ทีมวิจัยวางแผนที่จะปรับปรุงระบบให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น เช่น การผสานรวมสถาปัตยกรรมปัจจุบันที่มีส่วนประกอบออปติคัลแบบช่องว่างหลายชิ้นเข้ากับเส้นใยแก้วนำแสง หรือแม้แต่การใช้ออสซิลเลเตอร์ Mamyshev เพียงตัวเดียวเพื่อแทนที่ออสซิลเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ที่มีอยู่เดิม เพื่อให้เกิดการย่อขนาดและการผสานรวมระบบ นอกจากนี้ คาดว่าระบบนี้จะขยายไปยังแบนด์ที่กว้างขึ้น โดยการนำเส้นใยแก้วป้องกันเรโซแนนซ์ชนิดต่างๆ มาใช้ รวมถึงการนำก๊าซรามานแอคทีฟและโมดูลเพิ่มความถี่มาใช้ เพื่อนำเสนอโซลูชันเลเซอร์ความเร็วสูงแบบไฟเบอร์ออปติก แบนด์กว้าง และครอบคลุมหลายสาขา เช่น รังสีอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็น และอินฟราเรด
รูปที่ 1 แผนผังของการปรับแต่งเลเซอร์แบบพัลส์
เวลาโพสต์: 28 พฤษภาคม 2568