News image News image News image News image News image News image News image News image


Компенсация фазы: фемтосекундный масштаб
Новости и технологии - Наноматериалы

компенсация фазы: фемтосекундный масштаб

Известно, что спектр периодической последовательности импульсов фемтосекундного лазера представляет собой набор эквидистантно расположенных частот, расстояние между которыми равно частоте следования импульсов фемтосекундного лазера. Из-за хроматической дисперсии возникает сдвиг фазы несущей волны относительно фазы огибающей от импульса к импульсу.

Вследствие этого вся гребенка сдвигается относительно спектра целых гармоник частоты повторения fREP на частоту fCEO (1), где ??CEO - расстройка фаз несущей волны относительно фазы огибающей, которую он приобретает при полном проходе резонатора лазера в двух направлениях.

В общем случае зависимость скорости распространения спектральных компонент импульса (импульс имеет некоторый ограниченный спектр) от частоты приводит к тому, что компоненты более высоких частот (меньших длин волн) будут двигаться с меньшей групповой скоростью, соответственно меньших частот (больших длин волн) – с большей групповой скоростью. Это так называемая нормальная дисперсия, когда вторая производная от волнового числа по круговой частоте имеет положительный наклон к оси абсцисс (2,3).

Определение частотного сдвига fCEO в фемтосекундных лазерах осуществляется методом гетеродинирования. Для автоматической подстройки фазы используется система фазовой автоподстройки частоты. Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ) — система автоматического регулирования, подстраивающая частоту управляемого генератора так, чтобы она была равна частоте опорного сигнала. Регулировка осуществляется благодаря наличию отрицательной обратной связи. Выходной сигнал управляемого генератора сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом, результат сравнения используется для подстройки управляемого генератора.

Однако как только флуктуации фазы становятся значительными, например в Ti:Sapphire лазере, приводящими к появлению колебаний биения порядка нескольких килогерц, требуется быстродействующий механизм компенсации фазы. Система обратной связи не успевает подстраиваться под скорость изменения разности фаз огибающей и несущей. Достаточно успешной в плане компенсации фазы является так называемая система сервоконтроля. Акусто-оптический модулятор позволяет эффективно следить за изменением фазы сигнала и исправлять возникающую разницу. Но существует ряд недостатков при использовании такого метода. В частности, снижение выходной мощности лазерного излучения, изменение длительности импульсов, изменение времени обхода импульсом резонатора и другие.

Принцип действия схемы компенсации фазы, предлагаемой авторами статьи [1], показан на рисунке 1. Его суть заключается в следующем. Для компенсации сдвига фаз используется акустооптический преобразователь частоты (АОПЧ, или acousto-optic frequency shifter, AOFS). К пьезоэлектрическому модулятору, закрепленному на одной из боковых граней анизотропного кристалла плавленого кварца, подается переменное напряжение, что в свою очередь вызывает колебания акустического диапазона, распространяющиеся в кристалле. Лазерный луч, проходя через этот кристалл, испытывает брегговское рассеяние. Луч расщепляется на два (хотя порядок может быть и больше первого), один из которых продолжает двигаться в том же направлении и сохраняет свои спектральные характеристики, а другой испытывает отклонение от первоначального направления распространения, а также частотный сдвиг, который зависит от частоты акустических волн в кристалле и описывается формулой Брегга-Вульфа (4), в которой ?ac-длина акустической волны (период решетки в кристалле), ? - угол брегговского рассеяния, ? - длина волны оптического диапазона, n - показатель преломления кристалла.

Путем подбора частоты входного сигнала AOFS fRF (обычно она находится в радиодиапазоне), так, чтобы она равнялась сдвигу частотной гребенки относительно начала координат fCEO, можно компенсировать этот сдвиг, а значит и колебания фазы в той волне, которая испытала рассеяние на решетке акустических волн AOFS (волна первого порядка). КПД достигает 60-70%, т.е. большая часть излучения лазера подвергается компенсации фазового сдвига и ее можно использовать для различных приложений. Оставшаяся часть излучения (луч нулевого порядка) служит для измерения частотного сдвига fCEO. Измеряя эту частоту (для этого используется интерферометр f-2f типа, в котором нелинейный кристалл PPLN генерирует вторую гармонику, а результат биений двух частот и дает искомое значение частотного сдвига) и подавая сигнал на AOFS, получим частотную гребенку, сдвиг которой относительно начала координат равен нулю. На рисунке 2 показана схема компенсации фазового сдвига. В условных обозначениях PPLN-periodically poled lithium niobate crystal (периодический ниобат лития) для генерации второй гармоники входного сигнала, APD-avalanche photodiode (лавинный фотодиод), DSO-digital sampling oscilloscope (цифровой осциллограф), MSF-microstructured fibre для расширения спектра на октаву, OOL-out-of-loop interferometer используется для анализа излучения (рассеянного луча первого порядка), IL-in-loop interferometer нужен для генерации входного сигнала AOFS на частоте fRF.

В качестве лазерного источника использовали фемтосекундный лазер (10 фс, Femtolasers GmbH, FEMTOSOURCE synergy). Толщина AOFS – 2 см, сделан из плавленого кварца. AOFS оптимизировали для работы в диапазоне 70+/-10 МГц, а максимальная дифракционная эффективность (часть падающего излучения, которая составила луч первого порядка) составила 70%. На выходе из AOFS каждый луч был направлен в интерферометры f-2f типа. Луч нулевого порядка использовался для синтеза входного сигнала AOFS в IL-интерферометре, а луч первого порядка использовали для шумового анализа в OOL-интерферометре. Также в последнем предусмотрена компенсация угловой дисперсии в луче первого порядка.

Таким образом, данная методика открывает новые перспективы и перед аттосекундной физикой. Если ранее длительность импульса была ограничена имеющимся частотным сдвигом fCEO, то теперь появляется возможность приблизиться вплотную к физическому пределу длительности, когда в одном импульсе будет содержаться до одного колебания электромагнитного поля. Практическая возможность получения лазеров с импульсами аттосекундной длительности, в которых напряженность электрического поля можно сравнить с напряженностью поля, действующего на электроны в атомах и молекулах, привела к новому направлению исследований, главной целью которого является исследование вещества на временных и пространственных интервалах порядка атомных.

Аттосекундные импульсы позволят не только исследовать вещество на атомных масштабах, проводить спектроскопические исследования, но и, возможно, управлять протекающими химическими реакциями. В таких сильных лазерных полях возможна реализация управляемого термоядерного синтеза, моделирование процессов, происходящих во Вселенной.

Список использованных источников

[1] Direct frequency comb synthesis with arbitrary offset and shot-noise-limited phase noise. Sebastian Koke, Christian Grebing, Harald Frei, Alexandria Anderson, Andreas Assion and Guenter Steinmeyer. NATURE PHOTONICS. Publihed online 9.05.2010, DOI:10.1038/NPHOTON.2010.91

 

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Прародитель нанотраков

News image

Наш сайт уже сообщая о проекте о передвижном образовательном комплексе Nano-Truck, а также об аналогичном (н...

10 фактов об устрашающем адронном коллай

News image

Новость о проводимом в Европе эксперименте сколыхнула общественное спокойствие, поднявшись на первые позиции списка обсуждаемых те...

Наноплазмоника

News image

Благодаря успехам в производстве и визуализации металлических и полупроводниковых наночастиц быстро развивается новая область нанотехнологий — ...

Имитация кимберлита

News image

Алмаз — абсолютно незаменимый материал в самых разных областях человеческой деятельности, начиная от ювелирной и об...

Еще раз про кремниевую спинтронику

News image

Демонстрация инжекции спин-поляризованного тока в кремний и – далее – в светодиод из GaAs. На протяжении не...

Оружие возмездия: система автоматическог

News image

Россия обладает единственным в мире оружием, гарантирующим ответный ядерный удар по противнику даже в том ко...

Фотонные нанокристаллы – лучший теплоизо

News image

Вакуум не только является проблемой космических путешественников, но и является одним из лучших теплоизоляторов в пр...

Даже лед подчинился нанотехнологам

News image

С использованием нанотехнологий разработано принципиально новое антиобледенительное средство для защиты от наледи на дорогах, линиях эл...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Ученые Северной Каролины разрабатывают гибкие антенны

Антенны не только для того, чтобы слушать радио. Они используются во всем, начиная с сотовых телефонов и заканчивая GPS. Исследование го...

В США поступил в продажу солнечный стол

Новости по теме: Мобильный телефон повысит рождаемостьВ Британии поступил в продажу сверхлегкий ноутбукВыпущен двухтерабайтный винчестер В Америке в продажу поступил солнечный ст...

Созданы фотоэлементы, которые строят себя сами

Ученые продемонстрировали простой и дешевый способ создания самоорганизующихся электронных устройств. В их основе лежит тот факт, что вода и жидкое масло не...

Переход через наноАльпы

Готовится к старту самый крупный в России бизнес-проект производства светотехники нового поколения. Без него российский рынок сверхъярких светодиодов будет наполнять до...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.