초고반복률 펄스 레이저

초고반복률 펄스 레이저

빛과 물질의 상호작용이라는 미시적 세계에서 초고반복률 펄스(UHRP)는 시간의 정밀한 자 역할을 합니다. 초당 10억 번 이상(1GHz) 진동하는 UHRP는 분광 영상에서 암세포의 분자적 특징을 포착하고, 광섬유 통신에서 대용량 데이터를 전송하며, 망원경에서 별의 파장 좌표를 보정하는 데 사용됩니다. 특히 라이다의 검출 차원이 비약적으로 확장됨에 따라, 테라헤르츠 초고반복률 펄스 레이저(100~300GHz)는 간섭층을 투과하고 광자 수준에서의 시공간 조작 능력을 통해 3차원 인식의 경계를 재구성하는 강력한 도구로 부상하고 있습니다. 현재 나노 스케일의 정밀도를 요구하는 마이크로링 캐비티와 같은 인공 미세 구조를 이용하여 4파 혼합(FWM)을 생성하는 것이 초고반복률 광 펄스를 얻는 주요 방법 중 하나입니다. 과학자들은 초미세 구조 가공의 공학적 문제, 펄스 발생 시 주파수 조정 문제, 그리고 펄스 생성 후 변환 효율 문제 해결에 집중하고 있습니다. 또 다른 접근 방식으로는 고비선형 광섬유를 사용하고 레이저 공진기 내의 변조 불안정 효과 또는 FWM 효과를 활용하여 초고해상도 펄스 파(UHRP)를 여기시키는 방법이 있습니다. 하지만 아직까지는 더욱 정교한 "시간 조절 장치"가 필요합니다.

초고속 펄스를 주입하여 소산성 FWM 효과를 유도함으로써 UHRP를 생성하는 과정을 "초고속 점화"라고 합니다. 지속적인 펌핑, 펄스 생성을 제어하기 위한 정밀한 디튜닝 조정, 그리고 FWM 임계값을 낮추기 위한 고비선형 매질의 사용이 필요한 앞서 언급한 인공 마이크로링 공동 방식과는 달리, 이 "점화" 방식은 초고속 펄스의 피크 전력 특성을 이용하여 FWM을 직접 유도하고, "점화 해제" 후 자가 유지되는 UHRP를 구현합니다.

그림 1은 초고속 시드 펄스 여기를 이용한 소산성 광섬유 링 공동의 펄스 자가 조직화 핵심 메커니즘을 보여줍니다. 외부에서 주입된 초단파 시드 펄스(주기 T0, 반복 주파수 F)는 소산 공동 내부에 고출력 펄스장을 생성하는 "점화원" 역할을 합니다. 공동 내 이득 모듈은 스펙트럼 셰이퍼와 시너지 효과를 내어 시간-주파수 영역에서의 공동 조절을 통해 시드 펄스 에너지를 빗살형 스펙트럼 응답으로 변환합니다. 이 과정은 기존의 연속 펌핑 방식의 한계를 극복합니다. 시드 펄스는 소산 공동의 FWM 임계값에 도달하면 소멸되고, 소산 공동은 이득과 손실의 동적 균형을 통해 펄스의 자가 조직화 상태를 유지하며, 펄스 반복 주파수는 Fs(공동의 고유 주파수 FF 및 주기 T에 해당)가 됩니다.

본 연구에서는 이론적 검증도 수행하였다. 실험 설정에 사용된 매개변수와 1ps의 오차를 바탕으로 다음과 같은 결과를 얻었다.초고속 펄스 레이저초기 조건으로 레이저 공진기 내에서 펄스의 시간 영역 및 주파수 변화 과정에 대한 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 그 결과, 펄스는 펄스 분열, 펄스 주기적 진동, 그리고 레이저 공진기 전체에 걸친 펄스 균일 분포의 세 단계를 거치는 것으로 나타났습니다. 이러한 수치 결과는 레이저 공진기의 자기 조직화 특성을 완벽하게 검증합니다.펄스 레이저.

초고속 시드 펄스 점화를 통해 소산성 광섬유 링 공동 내에서 4파 혼합 효과를 유도함으로써, 서브-THZ 초고반복 주파수 펄스의 자체 생성 및 유지(시드 펄스 소거 후 0.5W의 안정적인 출력)를 성공적으로 구현하여 라이다 분야에 새로운 유형의 광원을 제공했습니다. 서브-THZ 수준의 반복 주파수는 포인트 클라우드 해상도를 밀리미터 수준까지 향상시킬 수 있습니다. 펄스 자체 유지 기능은 시스템 에너지 소비를 크게 줄여줍니다. 또한, 모든 광섬유 구조는 1.5μm의 아이 세이프티 밴드에서 높은 안정성을 보장합니다. 향후 이 기술은 차량 탑재형 라이다의 소형화(MZI 마이크로 필터 기반) 및 장거리 탐지(출력 1W 이상으로 확장)를 주도하고, 다중 파장 동시 점화 및 지능형 제어를 통해 복잡한 환경의 인식 요구 사항에 더욱 적합하게 발전할 것으로 기대됩니다.