في دراسة حديثة نُشرت في مجلة تكنولوجيا الليزر الضوئي، قام باحثون من جامعة هونان في الصين بكشف النقاب عن ديناميكيات بناء الضوء في الليزر ذو النمط التوافقي العالي (HML) داخل المذبذب الليزري المدعوم بالإربيوم. هذه الدراسة تقدم رؤى جديدة تتحدى الفهم التقليدي لعملية بناء الضوء وانبعاثه في هذه الأنظمة.
فهم ديناميكيات بناء الضوء
يتطلب فهم ديناميكيات بناء الضوء في أجهزة الليزر التوافقية العالية تحدياً كبيراً. وقد نجح الباحثون في جامعة هونان في تحقيق مخرجات نبضية من الأنماط التوافقية العالية بمستويات مختلفة، حيث تجاوزت نسبة الإشارة إلى الضوضاء لجميع القطارات النبضية التوافقية في المذبذب الليزري الليفي 80 ديسيبل، مما يبرز استقرارها العالي.
باستخدام تقنية تحويل فورييه التمددية التشتتية (TS-DFT)، كشف الباحثون أن توليد الأنماط التوافقية لا تهيمن عليه تأثيرات انقسام النبضة الواحدة، بل تعزيز النبضات الأولية المتعددة داخل المذبذب.
المراحل الانتقالية في بناء الأنماط التوافقية
حدد الباحثون خمس مراحل فائقة السرعة تحدث بين إدخال النبضات الأولية إلى جوف الليزر والانبعاث المستقر للأنماط التوافقية. تشمل هذه المراحل: تذبذب الاسترخاء، التشغيل المتعدد النبضات، انهيار النبضة وإعادة بنائها، الأنماط التوافقية غير المستقرة، وأخيرًا الحالة المستقرة للأنماط التوافقية.
أظهرت النتائج أن عملية توليد الأنماط التوافقية المستقرة تختلف عن التأثير التقليدي لانقسام النبضة والذي كان يُعتقد أنه يساهم في ديناميكيات انبعاث الليزر في المذبذبات الليزرية.
تحليل الطيف الديناميكي
من خلال مراقبة تطور الطيف داخل جوف المذبذب الليزري في الوقت الحقيقي باستخدام تقنية TS-DFT، تمكن الباحثون من تقديم تحليل دقيق لعملية الديناميكية أثناء بدء الأنماط التوافقية. وأظهرت الملاحظات أن التوليد لم يكن مهيمنًا بواسطة تأثير الانقسام التقليدي للنبضة الواحدة، بل من خلال تعزيز النبضات الأولية المتعددة داخل المذبذب.
ووفقًا للدكتور نينغ لي، أظهرت النتائج التجريبية والمحاكاة أن النبضات الأولية داخل الجوف تتطور إلى نبضات مستقلة مستقرة عبر عمليات مثل تضخيم الكسب وإعادة توزيع الطاقة، مما يؤدي في النهاية إلى حالة نمط توافقي مستقر داخل الرنان.
الخاتمة
قدمت هذه الدراسة رؤية جديدة ومهمة في فهم ديناميكيات بناء الضوء في المذبذبات الليزرية، خاصة في الليزرات المتقدمة التي تستخدم الأنماط التوافقية العالية. علاوة على ذلك، تتحدى الدراسة الفهم التقليدي لعملية بناء الضوء وانبعاثه في المذبذبات الليزرية، وتقدم طرقًا جديدة لتحسين تصميمها واستخدامها في مجالات متعددة.
