精密機械加工から高度な顕微鏡まで、より高い-電力の需要、超高速レーザーは成長し続けています。従来、研究者はこれらのレーザーを構築するために単一の-モード繊維に依存してきましたが、エネルギー出力の基本的な物理的限界に直面しています。このボトルネックを突破するために、マルチモードファイバーに頼りました。これにより、多くの光モード-本質的に異なる光の形状{-が一度に、時空間モード-ロック（STML）として知られる手法を運ぶことができます。
ただし、これらの異なるモードを調和させて連携させることは大きな課題でした。掲載された最新の研究で光学文字、これらの横方向のモードのそれぞれを正確かつ独立して制御できる新しい手法を開発し、レーザーパワーと汎用性の劇的な後押しにつながりました。
私たちが直面した中核的な問題は、インターモーダル分散として知られています。マルチモードファイバーでは、異なる光モードがわずかに異なる速度で移動します。この速度の不一致により、レーザーパルスが広がり、時間と空間が分離され、安定した高-電力パルスの形成が妨げられます。以前のSTML手法は通常、この分散を補うために空間フィルタリングと呼ばれる方法を使用しましたが、このアプローチは一緒にロックできるモードの数を制限し、それにより潜在的なパワー強化をキャッピングします。
これを解決するために、横方向モード除算制御手法を提案しました。私たちのアプローチは簡単です。モードマルチプレクサー/Demultiplexer（Mux/Demux）というデバイスを使用して、各モードに1つずつ、マルチモードファイバー内の混合ビームを個々のチャネルに分離します。分離したら、各チャネルに補償繊維の正確な長さを追加することにより、各モードの分散（つまり、移動遅延）を個別に管理できます。
各モードを最適化した後、マルチプレクサで単一のパワフルでコヒーレントなビームに再結合します。この方法により、理論的には、任意の数のモードをロックすることができ、繊維のエネルギー電位を最大化できます。
手法を図に実装しました- 8、yb -ドープ、すべて-繊維、空間的、モード-ロックレーザー。実験結果は非常に励みになりました。 4つの横方向モード（LP01、LP11、LP21、およびLP02）を同時にロックすることにより、14.49 MHzの繰り返し率で15 nJのエネルギーで散逸ソリトンパルスを達成しました。
重要なことに、参加モードの数を伴う出力電力スケーリングを実証しました。 4つのモードが同時にロックされている場合、レーザーの勾配効率-ポンプ電力を出力-に効率的に-に到達した尺度は、単一-モード動作の3.79％効率の2倍以上になります。
さらに、私たちの手法は、前例のないビーム-シェーピング機能を提供します。モード{-ロックに関与するモードの組み合わせを動的に選択することにより、均一な強度プロファイルを持つquasi - flat - flat -トップビームを正常に生成しました。この特殊なビームは、3 Wのポンプ出力で150 MWの平均出力電力と10.4 NJの単一パルスエネルギーを達成しました。私たちのレーザーは、12時間の連続動作後に最小限の中心-頻度ドリフトを備えた優れた長い-項の安定性も実証しました。
結論として、STMLファイバーレーザーのコアパワー-スケーラビリティボトルネックを克服する新しい制御手法を開発および実験的に検証しました。各横方向モードの分散を独立して制御することにより、スキームは、任意の数のモードを同期させ、エネルギー抽出を最大化するための実行可能なパスを提供します。
マルチ{-モードの時空間ダイナミクス制御のこの普遍的なフレームワークは、次世代の超高速光源への道を開くと信じています。
このストーリーは、Science Xの対話の一部であり、研究者は公開された研究記事からの調査結果を報告できます。 Science Xダイアログと参加方法については、このページをご覧ください。
