Ин таҳқиқот барои бартараф кардани мушкили энергияи пасти баромад дар лазерҳои нахии солитони софи чорумтартиба ковокии лазерии идорашавандаи энергияро тарҳрезӣ мекунад. Дар системаи пешниҳодшуда, фавран пас аз он ки импулс дар нахи бо эрбий ғанишуда тақвият меёбад, %90 энергияи дохили ковокӣ тавассути пайвасткунандаи асосии баромад гирифта мешавад. Ҳамин тавр, дарозмуддат дар дохили ковокии нахӣ гардиш кардани импулси энергияи баланд ва ҷамъ кардани фазаи аз ҳад зиёди ғайрихаттӣ, вайроншавии спектралӣ ё тақсимшавии он маҳдуд карда мешавад. Импулси камэнергияе, ки дар ковокӣ мемонад, тавассути фурӯбарандаи сершаванда, филтри спектралӣ ва нахи якмода ба таври устувор давр зада, барои даври навбатии тақвият омода мешавад.

Муҳаққиқон лазерро бо усули Fourier-и қадами тақсимшуда моделсозӣ карда, таъсири тақвияти сигнали хурд, паҳноии банди филтри спектралӣ ва коэффисиенти ғайрихаттии нахро ба энергияи импулс, қувваи қуллавӣ, давомнокӣ ва паҳноии спектралӣ омӯхтаанд. Муайян шудааст, ки барои ҳар як қимати собити тақвият паҳноии банди филтре вуҷуд дорад, ки энергияи импулсро ба ҳадди баландтарин мерасонад. Вақте тақвияти сигнали хурд 40 dB буд, энергияи баландтарин тақрибан дар паҳноии филтри 2,2 nm ба даст омад; ҳангоми зиёд кардани тақвият то 80 dB паҳноии оптималӣ то 0,6 nm коҳиш ёфт. Коэффисиенти ғайрихаттии пасттар низ энергияи баландтари импулсро таъмин кардааст.

Дар тарҳи ададии беҳтарин, тақвияти сигнали хурд 80 dB, паҳноии банди филтр 0,6 nm ва коэффисиенти ғайрихаттӣ 1 W^-1km^-1 интихоб шудаанд. Дар пайвасткунандаи асосии баромад энергияи 11,07 nJ, қувваи қуллавии 1180,2 W, давомнокии импулси 8,78 ps ва паҳноии спектралии 0,47 nm дар 3 dB ба даст омадааст. Ин энергия аз нуқтаи кори ибтидоии 3,46 nJ тақрибан 3,2 маротиба зиёдтар аст. Аммо афзоиши энергия на бо қувваи қуллавии баландтар, балки тавассути импулси дарозтар ва аз ҷиҳати энергетикӣ пурратар ба даст омадааст; қувваи қуллавии тарҳи оптимизатсияшуда аз намунаи ибтидоӣ тақрибан %7 камтар аст.

Бозёфтҳо пурра ба модели ададии идеализатсияшуда асос ёфтаанд. Лазери воқеии нахӣ сохта нашудааст; энергияи импулс, спектр ё устуворӣ дар лаборатория чен нашудаанд. Дисперсияҳои тартиби дуюм ва сеюм сифр қабул шудаанд, таҳаммулҳои истеҳсолӣ ва таъсирҳои муҳитӣ моделсозӣ нашудаанд. Илова бар ин, дар қисмҳои гуногуни таҳқиқот дарозии нахи бо эрбий ғанишуда ва нахи дуюми якмода бо ҳам мухолифат доранд. Аз ин рӯ, натиҷаҳоро на ҳамчун кори таҷрибавӣ тасдиқшудаи дастгоҳ, балки ҳамчун тарҳи пешакии ададӣ ва дастури интихоби параметрҳо барои лазерҳои солитонии софи чорумтартибаи энергияи баланд арзёбӣ кардан лозим аст.

Солитони софи чорумтартиба чист ва мушкили асосии таҳқиқот чист?

Дар лазерҳои анъанавии нахии солитонӣ паҳншавии устувори импулс ба тавозуни байни дисперсияи суръати гурӯҳии тартиби дуюм ва худмодулятсияи фаза, ки аз ғайрихаттии Kerr ба вуҷуд меояд, асос меёбад. Дар солитонҳои софи чорумтартибаи баррасишуда бошад, ин тавозун ба ҷойи дисперсияи тартиби дуюм байни дисперсияи манфии тартиби чорум ва худмодулятсияи фаза барқарор мешавад.

Тибқи чаҳорчӯбаи адабиёте, ки муҳаққиқон овардаанд, солитонҳои софи чорумтартиба нисбат ба солитонҳои анъанавии тартиби дуюм потенсиали интиқоли энергияи бештар доранд. Бо вуҷуди ин, энергияи баромади лазерҳои нахии солитони софи чорумтартиба, ки қаблан нишон дода шудаанд, асосан дар сатҳи пикожоул боқӣ мондааст. Бо зиёд шудани энергия афзоиши фазаи ғайрихаттии дар нах ҷамъшаванда, аз ҳад васеъ шудани спектр, талафоти филтр, тақсимшавии импулс ва динамикаи ноустувор энергияи дастрасро маҳдуд мекунанд.

Саволи асосии таҳқиқот чунин аст: агар баъд аз тақвият қисми зиёди энергияи импулс фавран берун гирифта шавад, оё ҳам баромади энергияи баланд тавлид кардан ва ҳам дар дохили ковокӣ солитони софи чорумтартибаи камэнергия ва устуворро давр додан мумкин аст?

Ковокии лазерии идорашавандаи энергия чӣ гуна сохта шудааст?

Ковокии консептуалии лазерӣ, ки дар Шакли 1 нишон дода шудааст, бо тартиби зерин сохта шудааст:

Мантиқи асосии идоракунии энергия ин аст, ки ба импулси дорои энергияи баландтарин иҷозат дода нашавад тамоми ковокии нахиро давр занад. Пас аз тақвияти импулс дар EDF қисми зиёди он тавассути OC₁ берун гирифта мешавад. Ҳамин тавр энергияи асосии баромад нигоҳ дошта мешавад, дар ҳоле ки дар дохили ковокӣ танҳо импулси камэнергияе мемонад, ки барои қулфкунии мода ва аз нав ташаккул ёфтани устувор лозим аст.

Энергия дар OC₂ танҳо як даҳуми баромади OC₁ нест. Импулс баъд аз OC₁ дар фурӯбарандаи сершаванда, филтр, нах ва пайвасткунандаи дуюм талафоти нав мебинад. Дар нуқтаи кори ибтидоӣ энергияи OC₁ 3,46 nJ буд, дар ҳоле ки энергияи OC₂ танҳо 2,9 pJ; дар тарҳи оптимизатсияшуда бошад мутаносибан 11,07 nJ ва 9,5 pJ мебошад. Дар ҳар ду ҳолат энергияи OC₂ тақрибан ба %0,086-и баромади асосӣ баробар аст.

Паҳншавии импулс бо кадом муодила моделсозӣ шудааст?

Паҳншавии импулс дар нахи бо эрбий ғанишуда бо муодилаи навъи Ginzburg–Landau, ки тақвият ва талафотро низ дар бар мегирад, моделсозӣ шудааст:

\[ \frac{\partial A}{\partial z}=-i\frac{\beta_2}{2}\frac{\partial^2A}{\partial t^2}+\frac{\beta_3}{6}\frac{\partial^3A}{\partial t^3}+i\frac{\beta_4}{24}\frac{\partial^4A}{\partial t^4}+\frac{g}{2}A-\frac{\alpha}{2}A+\frac{g}{2\Omega_g^2}\frac{\partial^2A}{\partial t^2}+i\gamma|A|^2A \]

Дар ин ҷо \(A(z,t)\) печиши сусттағйирёбандаи майдони электрикиро дар чаҳорчӯбаи истиноде, ки бо импулс ҳаракат мекунад; \(z\) мавқеъ дар тӯли нах; \(t\) вақти таъхирёфта; \(\beta_2\), \(\beta_3\) ва \(\beta_4\) коэффисиентҳои дисперсияи тартиби дуюм, сеюм ва чорум; \(g\) тақвияти сершуда; \(\alpha\) талафоти хаттӣ; \(\Omega_g\) паҳноии банди тақвияти нахи бо эрбий ғанишуда ва \(\gamma\) коэффисиенти ғайрихаттии Kerr-ро нишон медиҳанд.

Ҳади охирини муодила, \(i\gamma|A|^2A\), худмодулятсияи фазавии вобаста ба шиддати оптикиро ифода мекунад. Барои ҷудо кардани режими солитони софи чорумтартиба дар симулятсияҳо \(\beta_2=0\) ва \(\beta_3=0\) қабул шудааст. Ҳамин тавр, тавозуни асосии дисперсия–ғайрихаттӣ байни \(\beta_4\)-и манфӣ ва таъсири Kerr барқарор шудааст.

Сершавии тақвият чӣ гуна ҳисоб шудааст?

Тақвияти нахи бо эрбий ғанишуда собит қабул нашуда, вобаста ба энергияи импулс сер шудааст:

\[ g=\frac{g_0}{1+E_P/E_{\mathrm{sat}}} \]

\[ E_P=\int |A|^2\,dt \]

\(g_0\) тақвияти сигнали хурд; \(E_{\mathrm{sat}}\) энергияи сершавии муҳити тақвият; \(E_P\) энергияи умумии импулсро нишон медиҳад. Бо зиёд шудани энергияи импулс махраҷ калон шуда, тақвияти самаранок кам мешавад. Дар таҳқиқот \(g_0\) ба ҷойи қувваи насоси мустақим ченшуда ҳамчун параметри моделӣ, ки қувваи насосро намояндагӣ мекунад, тағйир дода шудааст. Аз ин рӯ, ибораи “насоси 80 dB” қувваи лазери насосиро бо watt ифода намекунад, балки тақвияти сигнали хурд дар модел аст.

Модели фурӯбарандаи сершаванда

Гузарониши лаҳзавии унсури қулфкунии мода бо муносибати зерин дода шудааст:

\[ T=1-\frac{\alpha_0}{1+I/I_{\mathrm{sat}}}-\alpha_{\mathrm{ns}} \]

\(T\) гузарониш; \(\alpha_0\) амиқии модулятсия; \(I\) шиддати лаҳзавии импулс; \(I_{\mathrm{sat}}\) шиддати сершавӣ ва \(\alpha_{\mathrm{ns}}\) талафоти сернашавандаро нишон медиҳад. Қиматҳои истифодашуда \(\alpha_0=%35\), \(I_{\mathrm{sat}}=1\) W/m² ва \(\alpha_{\mathrm{ns}}=0,65\) мебошанд.

Маркази импулси шиддаташ баланд нисбат ба болҳои шиддаташ паст гузарониши бештар мебинад. Дар симулятсияҳо ин таъсир ба аз нав шакл гирифтани импулс дар соҳаи вақт ва ташаккули баромади кӯтоҳтар мусоидат кардааст.

Модели филтри спектралӣ

Филтри гузариши банд бо функсияи интиқоли шакли Gauss моделсозӣ шудааст:

\[ F(\omega)=\exp\left[-\frac{\omega^2}{2(\delta\omega)^2}\right] \]

Табдили байни паҳноии филтр аз рӯи дарозии мавҷ ва паҳноии басомади кунҷӣ чунин дода шудааст:

\[ \delta\omega=2\pi c\frac{\delta\lambda}{1,665\lambda^2} \]

\(\omega\) инҳирофи басомади кунҷиро аз басомади марказӣ; \(\delta\lambda\) паҳноии банди филтр; \(c\) суръати рӯшноӣ ва \(\lambda\) дарозии мавҷи марказии филтрро нишон медиҳад.

Филтр ду таъсири муқобил эҷод мекунад. Аз як тараф, бо назорати спектр ба аз нав ташаккул ёфтани импулси устувори камэнергия кумак мекунад; аз тарафи дигар, ҷузъҳои энергетикии берун аз филтрро бартараф карда, талафоти ковокиро зиёд мекунад. Паҳноии банд, ки энергияи импулсро ба ҳадди баландтарин мебарад, аз тавозуни ин ду таъсир ба вуҷуд меояд.

Қиматҳои асосии истифодашуда дар модели ададӣ

• Дарозии мавҷи марказӣ: 1569 nm.
• Импулси ибтидоӣ: импулси Gauss бо давомнокии 100 fs ва қувваи қуллавии 100 W.
• Дисперсияи тартиби чоруми SMF: \(-22,8\) ps⁴/km.
• Дисперсияи тартиби чоруми EDF: \(-25,5\) ps⁴/km.
• Коэффисиенти ғайрихаттии SMF: 1,7 W^-1km^-1.
• Коэффисиенти ғайрихаттии EDF: 1,4 W^-1km^-1.
• Паҳноии банди тақвияти EDF: 15 nm.
• Дарозии умумии ковокии лазер: 6 m.
• Дисперсияи умумии тартиби чоруми гузоришшуда: \(-0,141\) ps⁴.
• Энергияи сершавии тақвият: 900 pJ.
• Пайвасткунандаи асосии баромад: %90 энергияи ковокиро хориҷ мекунад.

Майдоне, ки дар охири ҳар даври ковокӣ ба даст омадааст, ҳамчун майдони ибтидоии даври навбатӣ истифода шудааст. Раванд то расидани майдон ба ҳолати устувори худмувофиқ идома ёфтааст. Муодилаи дифференсиалӣ бо усули Fourier-и қадами тақсимшуда ҳал шудааст. Муҳаққиқон гуфтаанд, ки ҳангоми истифодаи шовқини сафед дар оғоз ҳам ҳамон натиҷа гирифта шудааст, аммо барои наздикшавӣ даврҳои бештар лозим буданд.

Мухолифати гузориш дар дарозии нахҳо

Дар бахши усули таҳқиқот дарозии нахҳо бо ду шакли гуногун гузориш шудааст. Дар рӯйхати аввалини параметрҳо дарозии EDF 1,5 m, дарозии SMF₁ 1 m ва дарозии SMF₂ 3,5 m дода шудааст. Дар бахши баъдии натиҷаҳо бошад EDF 3,5 m, SMF₁ 1 m ва SMF₂ 1,5 m навишта шудааст.

Дисперсияи умумии тартиби чоруми гузоришшудаи \(-0,141\) ps⁴ тақрибан бо маҷмӯи якуми дарозиҳо мувофиқат мекунад:

\[ (-22,8)(0,0045)+(-25,5)(0,0015)=-0,14085\ \mathrm{ps}^4 \]

Ҳангоми истифодаи маҷмӯи дуюми дарозиҳо, маҷмӯъ тақрибан \(-0,14625\) ps⁴ мешавад. Ин ҳисоб нишон медиҳад, ки маҷмӯи аввал метавонад қимати пешбинишуда бошад; аммо азбаски таҳқиқот ислоҳи ошкор пешниҳод намекунад, ин танҳо хулосаест бар асоси рақамҳои дохили матн. Мухолифати дарозиҳо барои мустақилона аз нав сохтани модел мушкили муҳими гузоришдиҳӣ мебошад.

Дар нуқтаи кори ибтидоӣ чӣ гуна импулс ба даст омадааст?

Дар нуқтаи кори муфассали аввал, тақвияти сигнали хурд 40 dB, паҳноии банди филтр 2,0 nm ва коэффисиентҳои ибтидоии ғайрихаттии нахҳо истифода шудаанд. Дар баромади OC₁ натиҷаҳои зерин ба даст омадаанд:

• Энергияи импулс: 3,46 nJ.
• Қувваи қуллавӣ: 1269,6 W.
• Давомнокии импулс: 2,53 ps.
• Паҳноии спектралии 3 dB: 1,67 nm.

Профили импулс ҳамвор, зангӯлашакл ва дорои chirp-и хаттии сатҳи миёна аст. Солитони камэнергияе, ки дар OC₂ назорат шудааст, энергияи 2,9 pJ, қувваи қуллавии 1,07 W, давомнокии 2,56 ps ва паҳноии спектралии 1,4 nm нишон додааст.

Профили вақти импулси OC₂ бо функсияи `sech²` мувофиқ аст. Муҳаққиқон инро нишонаи он арзёбӣ кардаанд, ки импулси камэнергияи дар ковокӣ боқимонда ҳамчун солитон ба таври устувор паҳн мешавад.

Спектр, давомнокӣ ва энергия дар дохили ковокӣ чӣ гуна тағйир меёбанд?

Се харитаи дохили ковокӣ дар Шакли 2 механизми идоракунии энергияро нишон медиҳанд:

1. Ҳангоми тақвият ёфтани импулс дар дохили EDF энергия ва қувваи қуллавии он зиёд мешаванд.
2. Аз сабаби худмодулятсияи фаза спектр васеъ мешавад.
3. OC₁ %90 энергияи тақвиятёфтаро берун мегирад.
4. Импулси камэнергияи дар ковокӣ боқимонда аз ҷониби SA дар соҳаи вақт аз нав шакл дода ва фишурда мешавад.
5. Филтри спектралӣ канорҳои спектри васеъшударо пахш карда, паҳноии спектрро кам мекунад.
6. Импулс дар тӯли SMF₂ дар ҳолати камэнергия ва устувор пеш рафта, ба даври навбатии тақвият мерасад.

Дар графики энергия пастшавии аз ҳама тез дар мавқеи OC₁ рух медиҳад. Ин нишон медиҳад, ки система энергияи баланди баромадро на бо ҷамъ кардани энергияи баланд дар дохили ковокӣ, балки бо зуд берун гирифтани энергия баъд аз тақвият дар ҳар давр ба даст меорад.

Тақвияти сигнали хурд чӣ гуна таъсир кардааст?

Муҳаққиқон қимати \(g_0\)-ро дар байни 30–80 dB тағйир додаанд. Дар натиҷаҳои OC₁, бо зиёд шудани тақвият:

• Энергияи импулс ба таври монотонӣ афзудааст.
• Қувваи қуллавӣ баланд шудааст.
• Спектр васеъ шудааст.
• Давомнокии импулс кӯтоҳ шудааст.

Тақвияти сигнали хурди баландтар дар дохили EDF тақвияти қавитарро таъмин карда, худмодулятсияи фазаро зиёд кардааст. Фазаи ғайрихаттии зиёдшуда спектрро васеъ карда, боиси танг шудани импулс дар соҳаи вақт ва боло рафтани қувваи қуллавӣ шудааст.

Рафтори OC₂ дигар аст. Вақте тақвият аз 50 dB камтар буд, спектр танг монд, аз ин рӯ таъсири филтр маҳдуд буд ва энергияи баромади камэнергия бо тақвият зиёд шуд. Вақте тақвият бештар зиёд шуд, спектр васеъ гардид, энергияи аз ҷониби филтр хориҷшаванда афзуд ва энергия ва қувваи қуллавӣ дар OC₂ ба камшавӣ оғоз карданд.

Тибқи таҳқиқот, дар поён аз 30 dB ё болотар аз 80 dB паҳншавии устувори як импулс нигоҳ дошта нашудааст. Ин ҳадҳои устуворӣ танҳо барои ковокӣ, шарти ибтидоӣ, филтр ва параметрҳои модели истифодашуда эътибор доранд.

Чаро паҳноии банди филтр қимати оптималӣ дорад?

Вақте тақвияти сигнали хурд 40 dB буд, паҳноии банди филтр дар байни 0,2–3,2 nm скан шудааст. Бо васеъ шудани филтр:

• Спектри баромад пайваста васеъ шудааст.
• Давомнокии импулс кам шудааст.
• Қувваи қуллавӣ баланд шудааст.
• Энергияи импулс аввал зиёд шуда, баъд кам шудааст.

Энергияи баландтарин дар паҳноии филтри 2,2 nm тақрибан 3,47 nJ ёфт шудааст. Филтри танг қисми зиёди спектрро бурида, талафоти ҷиддии ковокӣ ба вуҷуд меорад. Вақте филтр хеле васеъ аст, шаклдиҳии спектралӣ суст шуда, импулс фазаи ғайрихаттии бештар ҷамъ мекунад ва нигоҳ доштани ҳолати устувори энергияи баланд душвортар мешавад.

Нуқтаи оптималӣ тавозуни байни талафоти филтр, давомнокии импулс, қувваи қуллавӣ, худмодулятсияи фаза ва аз нав ташаккулёбии устувори солитонро ифода мекунад. Нуқтаи энергияи баландтарин ҳатман бо нуқтаи кӯтоҳтарин импулс ё баландтарин қувваи қуллавӣ яксон нест.

Чаро бо зиёд шудани насос филтри оптималӣ тангтар мешавад?

Вақте ҳамин скан барои \(g_0=80\) dB такрор шуд, паҳноии банди филтр, ки ба энергияи максималӣ мувофиқ аст, то 0,6 nm кам шуд. Тақвияти баландтар метавонад талафоти энергияи аз филтри танг ба вуҷудомадаро самараноктар ҷуброн кунад. Аз ин рӯ, ҳангоми тақвияти баланд маҳдудкунии қавитари спектралӣ татбиқ шуда, ҳамзамон энергияи баланди импулс нигоҳ дошта мешавад.

Ин натиҷа қоидаи ягонаи универсалии филтр пешниҳод намекунад. Паҳноии оптималии банд ҳамроҳ бо тақвият, дисперсияи умумӣ, коэффисиенти ғайрихаттӣ, фурӯбарандаи сершаванда ва таносубҳои пайвастшавӣ тағйир меёбад.

Таъсири коэффисиенти ғайрихаттӣ

Коэффисиенти ғайрихаттӣ дар байни 1–7 W^-1km^-1 тағйир дода шудааст. Дар баромади OC₁ бо зиёд шудани коэффисиент:

• Энергияи импулс кам шудааст.
• Паҳноии спектралӣ зиёд шудааст.
• Давомнокии импулс кӯтоҳ шудааст.
• Қувваи қуллавӣ аввал зиёд шуда, баъд кам шудааст.

Таъсири қавитари Kerr фазаи ғайрихаттии бештар ба вуҷуд оварда, спектрро васеъ ва импулсро фишурда кардааст. Дар марҳилаи аввал кам шудани давомнокии импулс қувваи қуллавиро зиёд кардааст. Вақте коэффисиент бештар баланд шудааст, бурида шудани спектри васеъ аз ҷониби филтр талафоти энергияро тезонидааст; вақте талафоти энергия аз фоидаи фишурдашавии импулс зиёд шуд, қувваи қуллавӣ низ ба камшавӣ оғоз кард.

Дар баромади OC₂ қувваи қуллавӣ ҳамроҳ бо коэффисиенти ғайрихаттӣ пайваста кам шудааст. Азбаски энергияи асосӣ дар OC₁ гирифта шудааст, васеъшавии спектралии импулси камэнергияи боқимонда талафоти филтрро боз ҳам намоёнтар кардааст.

Таҳқиқот барои энергияи баланд коэффисиенти ғайрихаттии пастро тавсия медиҳад. Аммо \(\gamma\) танҳо танзими ададӣ нест; он аз майдони самараноки мода, маводи нах ва дарозии мавҷ муайян мешавад. Аз ин рӯ, муҳаққиқон таъкид кардаанд, ки коэффисиент бояд дар диапазони аз ҷиҳати таҷрибавӣ иҷрошаванда интихоб шавад.

Тарҳи оптимизатсияшудаи энергияи баланд

Аз сканҳои параметрҳо стратегияи зерини тарҳрезӣ бароварда шудааст:

1. Истифодаи тақвияти баланди сигнали хурд дар қисми болоии диапазони устувор.
2. Интихоби филтри спектралии оптималӣ ва тангтаре, ки ба ҳамин тақвият мувофиқ аст.
3. Истифодаи коэффисиенти ғайрихаттии пасте, ки аз ҷиҳати таҷрибавӣ дастрас аст.

Параметрҳои ниҳоӣ чунинанд:

• \(g_0=80\) dB,
• SFBW = 0,6 nm,
• \(\gamma=1\) W^-1km^-1.

Нисбат ба нуқтаи кори ибтидоии 3,46 nJ энергия тақрибан %220 зиёд шудааст. Дар баробари ин, давомнокии импулс аз 2,53 ps то 8,78 ps зиёд ва қувваи қуллавӣ аз 1269,6 W то 1180,2 W кам шудааст. Ин муқоиса равшан нишон медиҳад, ки оптимизатсия қувваи қуллавиро не, балки энергияи умумии импулсро зиёд кардааст.

Дар ҳолати оптимизатсияшуда яксон будани давомнокӣ ва паҳноии спектралӣ дар OC₁ ва OC₂ нишон медиҳад, ки пас аз хориҷ шудани энергияи асосӣ шакли импулси боқимонда дар дохили ковокӣ дубора устувор мешавад. Бо вуҷуди ин, энергияи ду баромад тақрибан се тартиб фарқ мекунад.

Чаро бандҳои паҳлӯии спектралӣ нопадид шудаанд?

Дар солитонҳои анъанавии софи чорумтартиба мувофиқати фаза байни солитон ва мавҷҳои дисперсивӣ метавонад бандҳои паҳлӯии спектралӣ ба вуҷуд орад. Дар ҳолати оптимизатсияшудаи идоракунии энергия спектр нисбатан ҳамвор дида шудааст. Муҳаққиқон инро ба он вобаста кардаанд, ки филтри танги спектралӣ ҷузъҳои спектралиеро, ки барои мувофиқати фаза заруранд, халалдор мекунад.

Барои санҷидани ин тафсир филтр аз ковокӣ хориҷ карда шудааст. Барои нигоҳ доштани устувории як импулс, дар ҳамон таҷриба тақвияти сигнали хурд аз 80 dB то 30 dB кам карда шудааст. Вақте филтр вуҷуд надошт, дар спектр бандҳои паҳлӯии симметрии равшан пайдо шуданд.

Ин муқоиса нақши филтрро дар пахш кардани бандҳои паҳлӯӣ қавӣ дастгирӣ мекунад. Аммо азбаски ҳангоми хориҷ кардани филтр тақвият низ тағйир дода шудааст, таҷриба танҳо аблятсияи яктағйирёбанда нест. Аз ин рӯ, даъвои он ки тағйири бандҳои паҳлӯӣ танҳо ба филтр вобаста аст, бо муқоисаи ададии пурра назоратшуда нишон дода нашудааст. Барои тасдиқи қавитар ҷуфти параметрҳое лозим аст, ки тарҳҳои бо филтр ва бе филтр дар ҳамон тақвият устувор кор кунанд, ё ҳадҳои мувофиқати фаза мустақим ҳисоб карда шаванд.

Таҳқиқот чиро дастгирӣ мекунад?

• Баъди тақвият фавран хориҷ кардани қисми зиёди энергия дар дохили модел ба ҳамзамон вуҷуд доштани баромади энергияи баланд ва импулси устувори камэнергияи ковокӣ имкон додааст.
• Бо зиёд шудани тақвияти сигнали хурд энергияи импулс дар баромади асосӣ зиёд шудааст.
• Барои ҳар қимати тақвият паҳноии банди филтре ёфт шудааст, ки энергияро ба ҳадди баланд мебарад.
• Бо зиёд шудани тақвият филтри оптималӣ тангтар шудааст.
• Коэффисиенти ғайрихаттии пасттар дар ҳамон ҳудуди модел энергияи баланди импулс додааст.
• Дар параметрҳои оптималии интихобшуда импулси ягонаи устувори 11,07 nJ ба таври ададӣ ба даст омадааст.
• Боз пайдо шудани бандҳои паҳлӯӣ ҳангоми хориҷ кардани филтр нақши филтрро дар ташаккули спектри ҳамвор дастгирӣ кардааст.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• Энергияи 11,07 nJ дар лазери воқеӣ чен нашудааст.
• Нишон дода нашудааст, ки ковокии пешниҳодшуда ба ҳарорати муҳит, ларзиши механикӣ ва тағйироти поляризатсия устувор аст.
• Нишон дода нашудааст, ки дисперсияҳои тартиби дуюм ва сеюмро дар системаи воқеии нахӣ комилан сифр кардан мумкин аст.
• Муайян нашудааст, ки тақвияти сигнали хурди 80 dB бо кадом қувваи насос, нахи тақвиятдиҳанда ва тарҳи таҷрибавӣ таъмин мешавад.
• Шарҳ дода нашудааст, ки коэффисиенти самараноки ғайрихаттии 1 W^-1km^-1 чӣ гуна ҳамзамон дар ҳамаи ҷузъҳои ковокӣ ба вуҷуд оварда мешавад.
• Механизми пахшкунии бандҳои паҳлӯӣ бо филтр бо санҷиши яктағйирёбанда дар ҳамон тақвият тасдиқ нашудааст.
• Устувории дарозмуддат, ларзиши вақтӣ, шовқини амплитуда ё тағйири энергия аз импулс ба импулс ҳисоб нашудаанд.
• Нишон дода нашудааст, ки натиҷаҳо дар дарозии мавҷҳои марказӣ, навъҳои нах ё дарозии ковокии дигар ба ҳамин шакл эътибор доранд.

Арзиши методологӣ аз нигоҳи Туркия

Дар Туркия лазерҳои нахӣ барои коркарди дақиқ, микромошинкорӣ, тасвирсозии биотиббӣ, спектроскопия, алоқаи оптикӣ ва системаҳои мудофиа соҳаи муҳими таҳқиқот мебошанд. Ҷиҳати бевосита интиқолшавандаи таҳқиқот ба Туркия ин нест, ки қимати 11,07 nJ ҳамчун дорухати омодаи дастгоҳ истифода шавад; балки равиши тарҳрезиест, ки энергияи баландро аз устувории дохили ковокӣ ҷудо мекунад.

Гурӯҳҳои маҳаллии таҳқиқотӣ метавонанд ин усулро бо роҳҳои зерин инкишоф диҳанд:

• Ба модел ворид кардани қиматҳои ченшудаи дисперсияи тартиби дуюм, сеюм ва чоруми нахҳои воқеӣ.
• Пайваст кардани қувваи насоси нахи тақвиятдиҳанда, инверсияи аҳолӣ ва профили спектралии тақвият ба модели физикӣ.
• Оптимизатсия кардани паҳноии филтр ва дарозии мавҷи марказӣ дар доираи таҳаммулҳои воқеии филтрҳои оптикӣ.
• Ба ҷойи собит қабул кардани таносуби пайвастшавии OC₁ ҳамчун %90, оптимизатсия кардани он ҳамроҳ бо энергия, устуворӣ ва самаранокӣ.
• Ба ҳисоб гирифтани поляризатсия, талафоти иловагӣ, пайвандҳо, дисперсияи ҷузъҳо ва тағйироти муҳитӣ.
• Пас аз тарҳи ададӣ сохтани прототипи лазери нахии бо эрбий ғанишуда ва ченкунии таҷрибавии энергия, спектр, давомнокӣ ва шовқин.

Таҳқиқот ҷойгузини ин марҳилаҳо нест. Аммо он чаҳорчӯбаи муфиди тарҳи пешакӣ пешниҳод мекунад, ки нишон медиҳад кадом параметрҳо бояд якҷо танзим шаванд ва чаро танҳо зиёд кардани қувваи насос кофӣ нест.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии тарҳи таҳқиқот

Муқоисаи тарҳи ибтидоӣ ва оптимизатсияшуда

Тамоюлҳои бадастомада аз сканҳои параметрӣ

Натиҷаҳои асосие, ки шаклҳо нишон медиҳанд

• Шакли 1: Сохтори ковокии идорашавандаи энергия бо ду пайвасткунандаи баромад ва хориҷ шудани энергияи асосӣ фавран пас аз EDF-ро нишон медиҳад.
• Шакли 2: Ду баромад дар нуқтаи кори 40 dB ва 2 nm, таҳаввули спектр–вақт ва пастшавии ногаҳонии энергия дар OC₁-ро нишон медиҳад.
• Шакли 3: Нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани тақвият энергия ва қувваи қуллавии OC₁ зиёд, давомнокӣ кам ва спектр васеъ мешавад.
• Шакли 4: Нишон медиҳад, ки дар тақвияти 80 dB баъд аз хориҷ кардани энергияи баланд тавассути OC₁, импулси OC₂ дар шакли `sech²` мемонад.
• Шакли 5: Нишон медиҳад, ки дар тақвияти 40 dB дар атрофи 2,2 nm максимуми энергия мавҷуд аст.
• Шакли 6: Нишон медиҳад, ки дар тақвияти 80 dB паҳноии оптималии филтр ба 0,6 nm мегузарад.
• Шакли 7: Таҳаввули устувори импулси камэнергияи ковокиро дар атрофи филтри оптималӣ нишон медиҳад.
• Шакли 8: Нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани коэффисиенти ғайрихаттӣ энергия кам ва спектр васеъ мешавад.
• Шакли 9: Таҳаввули устувори дохили ковокиро дар коэффисиенти ғайрихаттии паст нишон медиҳад.
• Шакли 10: Импулсҳо ва спектрҳои OC₁ ва OC₂-и тарҳи оптимизатсияшударо нишон медиҳад.
• Шакли 11: Тақвият, хориҷ кардани %90 энергия, филтркунӣ ва гардиши устувори камэнергияро дар як даври ковокии тарҳи оптимизатсияшуда нишон медиҳад.
• Шакли 12: Бандҳои паҳлӯии симметрии равшанеро нишон медиҳад, ки ҳангоми хориҷ кардани филтр ба вуҷуд меоянд.

Ҷиҳатҳои қавии таҳқиқот

• Тақвият, филтр ва ғайрихаттӣ алоҳида скан шудаанд ва таъсири қарорҳои тарҳрезӣ ҷудо карда шудааст.
• На танҳо импулси ниҳоӣ, балки спектр, давомнокӣ ва таҳаввули энергия дар дохили ковокӣ якҷо омӯхта шудаанд.
• Баромади асосии энергияи баланд ва солитони камэнергияи дар ковокӣ боқимонда алоҳида гузориш шудаанд.
• Ба таври ададӣ нишон дода шудааст, ки паҳноии оптималии филтр ба тақвият вобаста аст.
• Спектрҳои бо филтр ва бе филтр муқоиса шуда, механизми бандҳои паҳлӯӣ таҳқиқ шудааст.
• Гуфта шудааст, ки параметрҳои оптимизатсияшуда дар диапазонҳои аз ҷиҳати таҷрибавӣ дастрас интихоб шудаанд.
• Азбаски давомнокии импулс, энергия, қувваи қуллавӣ ва паҳноии спектралӣ якҷо гузориш шудаанд, хусусияти физикии афзоиши энергияро арзёбӣ кардан мумкин аст.

Маҳдудиятҳои методологӣ ва бозтавлидпазирӣ

• Прототипи физикӣ ё тасдиқи таҷрибавӣ вуҷуд надорад.
• Дисперсияҳои тартиби дуюм ва сеюм ба таври идеалӣ сифр қабул шудаанд.
• Дарозии EDF ва SMF₂ дар ду бахш ба шакли баръакс гузориш шудааст.
• Равзанаи вақти ададӣ, шумораи намунаҳо, қадами фазоӣ ва таҳаммули наздикшавӣ гузориш нашудаанд.
• Шумораи даврҳои ковокӣ, ки барои расидан ба ҳолати устувор лозим аст, гузориш нашудааст.
• Дар сканҳои параметрӣ таҳлили номуайянӣ, иҷроҳои такрорӣ ё диапазонҳои ҳассосият пешниҳод нашудаанд.
• Тақвияти сигнали хурд ба қувваи физикии насос табдил дода нашудааст.
• Равшан нест, ки коэффисиенти ниҳоии ғайрихаттӣ барои SMF ва EDF алоҳида ё муштарак татбиқ шудааст.
• Қимати ададии коэффисиенти талафоти хаттӣ дода нашудааст.
• Талафоти пайвандҳо нодида гирифта шудааст ва таъсири миқдории он санҷида нашудааст.
• Поляризатсия, дӯшикастагӣ, парокандашавии Raman, эмиссияи худҷӯштақвиятёфта ва таҳаммулҳои ҷузъҳо моделсозӣ нашудаанд.
• Азбаски дар санҷиши хориҷ кардани филтр тақвият низ тағйир дода шудааст, механизми бандҳои паҳлӯӣ бо муқоисаи яктағйирёбанда санҷида нашудааст.
• Додаҳо ва коди симулятсия дар бойгонии кушода мубодила нашудаанд.

Арзёбии оморӣ

Азбаски таҳқиқот ба симулятсияҳои ададии детерминистӣ асос ёфтааст, санҷишҳои аҳамиятнокии маъмул дар таҳқиқоти клиникӣ ё таҷрибавӣ татбиқ нашудаанд. Барои нуқтаҳои параметрӣ инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод ё тақсимоти иҷроҳои такрорӣ гузориш нашудаанд. Гуфта шудааст, ки оғози бо шовқини сафед низ ба ҳамон натиҷаи устувор мерасад, аммо натиҷаҳои миқдории тухмҳои гуногуни шовқин пешниҳод нашудаанд.

Аз ин рӯ, натиҷаи 11,07 nJ миёна ё диапазони номуайянӣ нест, балки як қимати ҳалли устувор аст, ки дар параметрҳои интихобшуда ва танзимоти ҳалли ададӣ ба даст омадааст.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

• Номи пурраи аслии таҳқиқот: Optimal design of an energy-managed pure-quartic soliton fiber laser
• Муаллифон ва тартиб: Ruohan Wang; Qian Zhang; Xingliang Li; Mengmeng Han; Shumin Zhang
• Саҳми баробар ё муаллифии якуми баробар: Нишон дода нашудааст.
• Муаллифи масъул: Shumin Zhang
• Почтаи электронии муаллифи масъул: zhangsm@hebtu.edu.cn
• ORCID-и муаллифи масъул: 0000-0002-3037-9854
• Муассиса: Hebei Key Laboratory of Photophysics Research and Application, College of Physics, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, Чин
• DOI: 10.2139/ssrn.6944938
• Платформаи нашр: SSRN
• Оператори платформа: Elsevier
• Маҷаллаи тақризшуда: Номи маҷаллаи тақризшудаи қабулшуда ё нашршуда нишон дода нашудааст.
• Санаи нашр: 15 июни 2026
• Навъи манбаъ: Preprint дар хусусияти таҳқиқоти моделсозии ададии лазери нахӣ ва оптимизатсияи параметрӣ
• Ҳолати тақриз: Таҳқиқот аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст.
• Пайванди расмии SSRN:Саҳифаи таҳқиқот дар SSRN
• Пайванди DOI:10.2139/ssrn.6944938

Бо ҳамон рӯйхати муаллифон ва ҳамон натиҷаҳои 11,07 nJ, 1180,2 W ва 8,78 ps сабти қадимтари SSRN бо унвони “Optimal Design of Energy-Managed Pure-quartic Soliton Fiber Laser Based” ва DOI-и 10.2139/ssrn.6765665 мавҷуд аст. Азбаски муносибати версиявии ин ду сабт дар матн шарҳ дода нашудааст, дар истиноди библиографӣ бояд 10.2139/ssrn.6944938 истифода шавад, ки ба поённависи файли боршуда ва унвони ҷорӣ мувофиқат мекунад.

Саҳми муаллифон дар таҳқиқот чунин дода шудааст: Ruohan Wang — консептуализатсия, усул ва навиштан; Qian Zhang — тартибдиҳии дода ва нармафзор; Xingliang Li — тасдиқ ва нармафзор; Mengmeng Han — тасдиқ ва нармафзор; Shumin Zhang — роҳбарӣ, бозбинӣ ва таҳрир.

Таҳқиқот аз ҷониби Natural Science Foundation of Hebei Province дар доираи дастгирии рақами F2026205023 маблағгузорӣ шудааст. Муаллифон изҳор кардаанд, ки ягон бархӯрди манфиати молиявии маълум ё муносибати шахсие, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Додаҳо ва баромадҳои симулятсионӣ, ки асоси натиҷаҳоро ташкил медиҳанд, дар анбори кушодаи додаҳо нашр нашудаанд. Муаллифон гуфтаанд, ки додаҳо бо дархости асоснок пешниҳод шуда метавонанд. Барои коди манбаи ҳалли Fourier-и қадами тақсимшуда ё файлҳои пурраи конфигуратсияи ададӣ пайванди кушода дода нашудааст.

Ин шарҳи туркӣ бо баррасии матни пурраи таҳқиқот, панҷ муодилаи асосӣ, схемаи ковокии лазер, дувоздаҳ шакл, харитаҳои импулс ва спектр, сканҳои тақвият–филтр–ғайрихаттӣ, таҳаввули энергия ва натиҷаҳои тарҳи оптимизатсияшуда омода шудааст. Мазмуни илмӣ танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда асос меёбад. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии унвон, муаллифон, муассиса, муаллифи масъул, DOI, сабти SSRN ва ҳолати нашр истифода шудаанд.

Натиҷаи 11,07 nJ-и таҳқиқот ченкунии таҷрибавии лазер нест. Натиҷа дар модели ададӣ ба даст омадааст, ки дар он дисперсияҳои тартиби дуюм ва сеюм сифр, талафоти пайвандҳо ночиз ва ҷузъҳо идеалӣ қабул шудаанд. Барои татбиқи физикӣ чен кардани дисперсияҳои воқеии нах, барқарор кардани муносибати насос–тақвият, илова кардани таҳаммулҳои филтр ва пайвасткунанда ба модел, сохтани прототип ва тасдиқи таҷрибавии устувории дарозмуддати импулс зарур аст.