빛과 물질 간 상호작용의 미시적 세계에서 초고반복률 펄스(UHRP)는 정밀한 시간 측정자 역할을 합니다. 초당 10억 회(1GHz) 이상 진동하여 분광 이미징에서 암세포의 분자 지문을 포착하고, 광섬유 통신에서 막대한 양의 데이터를 전송하며, 망원경에서 별의 파장 좌표를 보정합니다. 특히 라이더의 감지 차원이 도약함에 따라 테라헤르츠 초고반복률 펄스 레이저(100~300GHz)는 간섭층을 관통하여 광자 수준에서 시공간 조작 능력으로 3차원 인식의 경계를 재구성하는 강력한 도구가 되고 있습니다. 현재 나노스케일 처리 정확도가 필요한 마이크로링 공동과 같은 인공 미세 구조를 사용하여 4파장 혼합(FWM)을 생성하는 것이 초고반복률 광 펄스를 얻는 주요 방법 중 하나입니다. 과학자들은 초미세 구조 가공의 공학적 문제, 펄스 시작 시 주파수 동조 문제, 그리고 펄스 생성 후 변환 효율 문제 해결에 집중하고 있습니다. 또 다른 접근법은 고도로 비선형적인 광섬유를 사용하고 레이저 공동 내의 변조 불안정성 효과(FWM)를 활용하여 UHRP를 여기시키는 것입니다. 하지만 아직까지는 더욱 정교한 "시간 셰이퍼(time shaper)"가 필요합니다.
초고속 펄스를 주입하여 소산 FWM 효과를 여기시켜 UHRP를 생성하는 과정을 "초고속 점화"라고 합니다. 연속 펌핑, 펄스 생성 제어를 위한 정밀한 디튜닝 조정, 그리고 FWM 임계값을 낮추기 위한 고도로 비선형적인 매질 사용이 필요한 앞서 언급한 인공 마이크로링 공동 방식과는 달리, 이 "점화"는 초고속 펄스의 피크 전력 특성을 이용하여 FWM을 직접 여기시키고, "점화 종료" 후에는 자체적으로 지속되는 UHRP를 달성합니다.
그림 1은 소산성 섬유 링 공동의 초고속 시드 펄스 여기를 기반으로 펄스 자가 조직화를 달성하는 핵심 메커니즘을 보여줍니다. 외부에서 주입된 초단 시드 펄스(주기 T0, 반복 주파수 F)는 소산 공동 내에서 고전력 펄스장을 여기하는 "점화원" 역할을 합니다. 세포 내 이득 모듈은 스펙트럼 셰이퍼와 시너지 효과를 발휘하여 시간-주파수 영역에서의 공동 조절을 통해 시드 펄스 에너지를 빗살 모양의 스펙트럼 응답으로 변환합니다. 이 과정은 기존 연속 펌핑의 한계를 극복합니다. 시드 펄스는 소산 FWM 임계값에 도달하면 꺼지고, 소산 공동은 이득과 손실의 동적 균형을 통해 펄스의 자가 조직화 상태를 유지하며, 펄스 반복 주파수는 Fs(공동의 고유 주파수 FF 및 주기 T에 해당)입니다.
본 연구에서는 이론적 검증도 수행했습니다. 실험 설정에 적용된 매개변수와 1ps를 기반으로초고속 펄스 레이저초기 필드로서, 레이저 캐비티 내에서 펄스의 시간 영역 및 주파수 변화 과정에 대한 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 그 결과, 펄스는 펄스 분할, 펄스 주기 진동, 그리고 전체 레이저 캐비티에 걸친 펄스 균일 분포의 세 단계를 거침을 확인했습니다. 이 수치 결과는 또한 레이저 캐비티의 자기 조직화 특성을 완벽하게 검증합니다.펄스 레이저.
초고속 시드 펄스 점화를 통해 소산성 파이버 링 공동 내에서 4파장 혼합 효과를 촉발함으로써, THZ 미만의 초고반복 주파수 펄스의 자가 조직적 생성 및 유지(시드가 꺼진 후 0.5W의 안정적인 출력)가 성공적으로 달성되어 라이더 필드에 새로운 유형의 광원을 제공했습니다. THZ 미만의 재주파수는 포인트 클라우드 분해능을 밀리미터 수준으로 향상시킬 수 있습니다. 펄스 자립 기능은 시스템 에너지 소비를 크게 줄입니다. 모든 파이버 구조는 1.5μm 눈 안전 대역에서 높은 안정성을 보장합니다. 미래를 내다보면, 이 기술은 차량 장착 라이더의 소형화(MZI 마이크로 필터 기반) 및 장거리 감지(1W 이상까지 전력 확장)를 향한 발전을 주도하고, 다중 파장 조정 점화 및 지능형 제어를 통해 복잡한 환경의 인식 요구 사항에 더욱 적응할 것으로 예상됩니다.
게시 시간: 2025년 7월 8일