光と物質の相互作用というミクロの世界では、超高繰り返しパルス（UHRP）が正確な時間の物差しとして機能します。1秒間に10億回（1GHz）以上で振動し、分光イメージングでがん細胞の分子指紋を捉えたり、光ファイバー通信で膨大な量のデータを伝送したり、望遠鏡で星の波長座標を較正したりしています。特に、ライダーの検出次元の飛躍的な進歩において、テラヘルツ超高繰り返しパルスレーザー（100～300GHz）は干渉層を貫通する強力なツールとなり、光子レベルでの時空間操作力によって3次元知覚の境界を再構築しています。現在、四光波混合（FWM）を生成するためにナノスケールの加工精度を必要とするマイクロリングキャビティなどの人工マイクロ構造を使用することが、超高繰り返し光パルスを得るための主な方法の1つです。科学者たちは、超微細構造の加工における工学的問題、パルス開始時の周波数調整問題、そしてパルス発生後の変換効率問題の解決に注力しています。もう一つのアプローチは、高非線形ファイバーを用い、レーザー共振器内の変調不安定性効果、すなわちFWM効果を利用してUHRPを励起することです。しかし、現状では、より巧妙な「タイムシェイパー」が必要です。
超高速パルスを注入して散逸性FWM効果を励起することでUHRPを生成するプロセスは、「超高速点火」と呼ばれます。前述の人工マイクロリングキャビティ方式では、連続ポンピング、パルス発生を制御するための正確な離調調整、そしてFWM閾値を下げるための高度非線形媒体の使用が必要となりますが、この「点火」は超高速パルスのピークパワー特性を利用してFWMを直接励起し、「点火オフ」後には自立的なUHRPを実現します。
図 1 は、散逸ファイバーリング共振器の超高速シードパルス励起に基づくパルス自己組織化を実現するコアメカニズムを示しています。外部から注入された超短シードパルス (周期 T0、繰り返し周波数 F) は、「点火源」として機能し、散逸共振器内に高出力パルス場を励起します。細胞内ゲインモジュールはスペクトルシェーパーと相乗的に動作し、時間周波数領域での共同制御により、シードパルスエネルギーを櫛形のスペクトル応答に変換します。このプロセスは、従来の連続ポンピングの限界を打ち破ります。シードパルスは散逸 FWM しきい値に達するとシャットオフし、散逸共振器はゲインと損失の動的バランスを通じてパルスの自己組織化状態を維持し、パルス繰り返し周波数は Fs (共振器の固有周波数 FF と周期 T に相当) になります。
この研究では理論的な検証も行われた。実験装置で採用されたパラメータと1psの超高速パルスレーザーを初期場として、レーザー共振器内におけるパルスの時間領域と周波数の変化過程について数値シミュレーションを行った。その結果、パルスは、パルスの分裂、パルスの周期振動、そしてレーザー共振器全体にわたるパルスの均一分布という3つの段階を経ることが明らかになった。この数値結果は、自己組織化特性も完全に検証している。パルスレーザー.
超高速シードパルス点火により散逸性ファイバーリングキャビティー内の四光波混合効果を誘発することで、サブTHZ超高繰り返し周波数パルス（シードオフ後0.5Wの安定した出力）の自己組織的生成と維持に成功し、ライダー分野に新しいタイプの光源を提供しました。サブTHZレベルの再周波数により、点群解像度をミリメートルレベルに高めることができます。パルスの自己持続機能により、システムのエネルギー消費を大幅に削減します。オールファイバー構造により、1.5μmの目の安全帯域での高い安定性の動作が保証されます。将来的には、この技術により、車載ライダーの小型化（MZIマイクロフィルターに基づく）と長距離検出（1Wを超える出力拡張）への進化が促進され、多波長協調点火とインテリジェント制御により、複雑な環境の認識要件にもさらに適応することが期待されます。
投稿日時: 2025年7月8日