Feidhmíonn léasair snáithíní ardchumhachta mar uirlisí ríthábhachtacha i bhfeidhmeanna eolaíocha, tionsclaíocha agus cosanta. Is é an príomhchonstaic a bhaineann le cumhacht na n-aimplitheoirí léasair snáithíní minicíochta singil-a spreagadh ná scaipthe Brillouin (SBS). Nuair a sháraíonn an chumhacht optúil an tairseach SBS, spreagann an solas comhartha a tharchuirtear ar aghaidh solas dian Stokes. Ní hamháin go ídíonn sé seo fuinneamh an chaidéil agus laghdaítear éifeachtúlacht aschuir ach d’fhéadfadh sé damáiste a dhéanamh freisin do chomhpháirteanna cruinne tosaigh. D'fhéadfadh méadú ar thrastomhas an chroíshnáithín agus an speictream comhartha a leathnú an tairseach SBS a ardú, rud a shochtadh éifeachtaí SBS in aimplitheoirí snáithíní minicíochta aonair. Tá iarrachtaí maolaithe SBS reatha teoranta den chuid is mó d'aimplitheoirí snáithíní mód singil nó do bheagán a bhfuil ardcháilíocht léise acu, rud a fhágann go bhfuil sé dúshlánach ardchumhacht, líne athrú caol agus aschur léas ardcháilíochta a bhaint amach ag an am céanna. Scrúdaíonn an páipéar seo aimplitheoir snáithíní ilmhódaigh (MMF) ina bhfuil SBS faoi chois go mór mar gheall ar dhéine optúil laghdaithe i gcroílár mór agus leathnú speictream scaipthe Brillouin de bharr excitation ilmhód. Trí mhúnlú toinne spásúil a chur i bhfeidhm ar sholas ionchuir an aimplitheoir neamhlíneach, dírítear an léas aschuir ar láthair teoranta díraonta, ag baint amach ardchumhacht (503 W), líne athrú caol (1 kHz), agus aschur léas ardchaighdeáin .
Fíor 1 Scéimreach den socrú optúil turgnamhach
Léiríonn Fíor 1 socrú optúil an staidéir seo. Téann solas síl ag tonnfhad 1064 nm faoi-aimpliú agus leathnú léasa i snáithín aonmhóid sula modhnaítear a chéim toinne le modhnóir solais spásúil (SLM). Déantar an solas comhartha modhnaithe a chúpláil i snáithín ilmhód éighníomhach ar dtús, é a chomhcheangal leis an solas caidéil, agus ansin a mhéadú i snáithín gnóthachan ilmhód dópáilte Yb a thacaíonn le 76 modh. Tar éis aimplithe, téann an solas comhartha isteach sa chonair tomhais chun paraiméadair a mheas lena n-áirítear cumhacht, speictream, líneáil, láthair fócasach, agus céim. Déanann an staidéar seo imscrúdú ar shaintréithe SBS i snáithíní ilmhóid. Tugann torthaí le fios go bhfuil an tairseach SBS (uaschumhacht gan giniúint SBS) i CMA i bhfad níos airde ná mar atá i snáithín aonmhóid. Léiríonn torthaí ionsamhlúcháin go bhfuil an tairseach SBS don CMA a úsáidtear (croí-trastomhas 42 μm), thart ar 24 W nuair nach bhfuil ach an modh bunúsach sceite, atá 8 n-uaire níos airde ná an meánmhéid singil 15 μm ar thrastomhas. De bharr cúplála mód dosheachanta sa snáithín, ní féidir le CMA excitation mód bunúsach íon a bhaint amach. Léiríonn tomhais tairseach SBS de 59 W faoi líon beag spreagaithe modha agus 97 W faoi sceith ilmhód i MMF, mar a thaispeántar i bhFíor 2(A).
Fíor 2 (A) tairseacha SBS i snáithíní aonmhód agus ilmhóid; (B) Speictrim ghnóthachan SBS do dhíspreagadh bunúsach agus ilmhóid i CMA
Bunaítear leis an bpáipéar seo teoiric leath-anailíseach do SBS in aimplitheoirí MMF, ina ndéantar anailís ar an gcúpláil idir soilse comharthaí mód difriúla agus solas Stokes chun comhéifeachtaí gnóthachain SBS comhfhreagracha a dhíorthú. Léiríonn an teoiric seo go bhfuil an chomhéifeacht ghnóthachain SBS i gcoinníollacha excitation ilmhóid laistigh de CMA níos ísle ná in aon chás excitation mód amháin. Leathnaíonn excitation multimode i CMA go suntasach an speictream gnóthachain SBS, laghdaítear buaic an ghnóthachain, agus baintear amach méadú ar an tairseach SBS, mar a léirítear i bhFíor 2(B). Mar gheall ar nádúr iomadaithe siar an tsolais Stokes, bíonn gnóthachan SBS níos mó agus tairseach níos ísle dá réir mar thoradh ar fhad CMA níos faide. Léiríonn turgnaimh go bhfuil an solas caidéil ídithe laistigh de thart ar 6 m. Trí fhad an tsnáithín a ghiorrú agus an tairseach SBS a thomhas, léiríonn na torthaí go bhfuil an tairseach SBS comhréireach go contrártha le fad éifeachtach an CMA. Ag fad MMF de 3.7 m, sroicheann an t-aimplitheoir tairseach SBS uasta (ie, buaicchumhacht aschuir) de 503 W, atá cúig huaire an tairseach SBS (toradh ríofa teoiriciúil) le haghaidh excitation mód bunúsach amháin.
Fíor 3 An gaol idir fad éifeachtach an CMA agus an tairseach SBS; inset: déine spot fócasach aschuir in aghaidh na céime
Chun aschur MMF a rialú, rinne an staidéar seo modhnú ar an gcéim toinne ag baint úsáide as modulator solas spásúil (SLM) sula ndeachaigh an solas comhartha isteach sa CMA. Chlúdaigh an raon modhnúcháin cró ionchuir iomlán an CMA. Laistigh den raon modhnúcháin seo, roinneadh na picteilíní i 256 macripixel. Ag tosú ón picteilín lárnach, scanadh céim gach picteilín i bpatrún bíseach chun an t-aschur is fearr a bhaint amach ar an eitleán fócasach. Faoi thionchar rialú na céime toinne, tarlaíonn trasnaíocht idir modhanna éagsúla laistigh den CMA, rud a chruthaíonn spota ardcháilíochta ar an eitleán fócasach aschuir. Taispeántar an déine spot agus an dáileadh céime sa inset ag barr ar dheis Fíor 3, ag nochtadh déine aonfhoirmeach agus dáileadh céim, rud a léiríonn cáilíocht spot den scoth ar an eitleán fócasach. Fíor 4: Spotaí ar phlána fócasach an CMA (A) agus ag suíomhanna beagán dífhócasaithe (B, C); cáilíocht bhíoma aschuir tomhaiste (M2) (D)
Taispeánann Fíor 4 na próifílí bíomaí ag an eitleán fócasach agus faoi dhífhócasú beag (200, 400 μm). Léiríonn na tomhais éifeachtacht fócasach 76% ag an eitleán fócasach, rud a chiallaíonn go bhfuil 76% den fhuinneamh bhíoma laistigh den raon fócasach. Is iad na luachanna tomhaiste M2 sna treoracha x agus y ná 1.05 agus 1.35, faoi seach, rud a léiríonn cáilíocht léasa maith. Léiríonn na torthaí go bhfeabhsaítear cáilíocht an spota ar phlána fócasach aschuir an CMA go héifeachtach le modhnú céime bunaithe ar SLM.
Fíor 5: Éifeachtúlacht fána (A), speictream aschuir (B), agus líneáil (C) den aimplitheoir MMF [1]
Rinneadh éifeachtúlacht aschuir, speictream agus líneáil an aimplitheoir a thomhas freisin. Bhain an t-aimplitheoir MMF éifeachtúlacht fána 82% amach, mar a léirítear i bhFíor 5(A), ag teacht le réamh-mheastacháin theoiriciúil. Léiríonn an speictream aschuir (Fíor 5B) buaic comhartha ag 1064 nm le déine coibhneasta ASE de 52 dB, agus seasann buaic an taobh clé do chomhartha caidéil iarmharach lag. Mar gheall ar an líne athrú thar a bheith cúng aschuir, bhí deacrachtaí ag gnáth-speictriméadar é a thomhas. Dá bhrí sin, úsáideadh modhanna heitreaidín chun na línte ionchuir agus aschuir a chinneadh. Léiríonn an t-aimplitheoir MMF a tógadh sa saothar seo líneathrú aschuir de 35 kHz (20-dB) / 1 kHz (3-dB, ie, leithead iomlán ag leath uasta), rud nach léiríonn aon difríocht shuntasach ón líne athrú ionchuir. Comhlíonann a comhchuibheas ama den scoth na ceanglais maidir le tomhais bheachtais trasnamhéadracha. Déanann an páipéar seo mionsaothrú córasach ar theoiric SBS snáithíní ilmhóid ag smaoineamh ar ídiú caidéil agus sáithiú gnóthachain. Molann sé aimpliú snáithíní ilmhód a chomhtháthú le modhnú céime tonn tosaigh chun cosc SBS agus leas iomlán a bhaint as láthair aschuir a bhaint amach ag an am céanna. Feidhmíonn an t-aimplitheoir MMF tógtha ag ardchumhacht, ardéifeachtúlacht, agus líneáil chaol, rud a chinntíonn comhleanúnachas ard. Coinníonn an teicneolaíocht seo feidhmchláir fhéideartha i gcónascadh bíoma comhleanúnach, trasnaíocht mhórscála, agus córais fuinnimh faoi threoir.
Tagairtí: [1] Stefan Rothe et al., Cumasaíonn múnlú Wavefront aimplitheoir snáithín ilmhód ardchumhachta le fócas aschuir. Eolaíocht 390, 173–177 (2025).
