Hierarchically slaved multipulsing mode-lock dynamics

Pasif mod kilitleme, optik enerjinin bir lazer boşluğunda dar darbelere doğru kendiliğinden toplanmasıdır. Çoğu zaman, boşlukta mevcut olan enerji, sayıları, enerjileri veya zamansal konumları üzerinde çok az kontrol ile birden fazla aynı zamanda var olan darbelere gider. Bu fenomen, belirsiz bir şekilde darbe enerjisi kuantizasyonu olarak bilinir ve optik doğrusal olmayanlığın neden olduğu darbe bölme ile anekdot olarak bağlantılıdır. Araştırma, esas olarak, darbeleri daha yüksek enerjilere yönlendirirken darbe enerjisi kuantizasyonundan ve bununla ilişkili herhangi bir karmaşık davranıştan kaçınmaya odaklanmıştır. Karmaşık çoklu darbe davranışı, genellikle, onu kontrol etmek için çok az umutla karmaşık doğrusal olmayan dinamiklerle dolu bir kara kutunun çıktısı olarak kabul edilir. Bu dinamiklerin açık ve uygulanabilir bir şekilde anlaşılmasına yönelik bir ihtiyaç vardır. Bu tezin merkezi noktası, standart, birkaç boyutlu, neredeyse deterministik doğrusal olmayan dinamiklerin bu anlayışı sunduğudur; Mod kilitleme, mod kilitlemede yer alan hızlı darbe şekillendirme mekanizmaları nedeniyle, optik darbeleri şekillendiren binlerce optik modun gürültülü etkileşimlerinin gerçekten bir sonucu olsa da, darbe şekilleri bir veya birkaç düzen parametresine (order parameter), darbe enerjisi gibi, bağımlı (slaved) olma eğilimindedir. Dolaysıyla, karmaşık davranış, çok daha basit, doğrusal olmayan dinamik bir sistemin sonucu olarak anlaşılır. Bu anlayış, çoklu darbe içeren bir Mamyshev osilatörü üzerindeki deneylerimizle desteklenir ve karşılığında, onu güvenilir bir şekilde kontrol etmeye yönlendirir. Bu kontrol ile, bilimsel bir meraktan fazla olamayan çoklu darbe lazerleri, ablasyon soğutmalı malzeme kaldırma ve frekans metrolojisi gibi uygulamalar için teknolojik olarak değerli hale gelir. İlk olarak, çoklu darbe sorununu ele alıyoruz. Her darbenin evrimini gösteren bir enerji haritası tanımlarız. Enerji haritasını kullanarak, bir darbenin büyümesi kendi kendini sınırlandırıyorsa, yani enerji haritası sabit bir kazançta bile stabil bir sabit noktaya sahipse, kazanç üzerindeki yarışmaya rağmen birden fazla darbenin aynı zamanda bulunmasına izin verildiğini gösteriyoruz. Enerji haritası benzer şekilde, pertürbasyonlara tepki, özdeş olmayan atımlar ve periyot ikiye katlanması gibi yakından ilişkili fenomenleri açıklar. Lazerimizde ve diğerlerinde bu fenomenlere yol açan fiziksel süreçler paralel olarak tartışılır ve farklı bilimsel sistemlerle analojiler çizilir. Enerji haritası tarafından birçok çekiciye izin verilir, bu da çatallanmaların, histerezisin ve darbe doğumun kinetiğinin etkisini vurgular. Buna göre, çok darbeli lazerlerin kontrolü için yönergeler ve Mamyshev osilatöründeki darbelerin sayısını kontrol etmek için bir prosedür sunuyoruz. Darbe sayısını kontrol ettikten sonra, dikkatimizi darbelerin aldıkları zamansal organizasyona çeviriyoruz. Bir lazer boşluğunda bir arada bulunan darbeler, aralarındaki uzun menzilli etkileşimler nedeniyle kararlı modellere doğru gelişme eğilimindedir. Literatürde birkaç etkileşim mekanizması önerilmiştir, ancak darbe etkileşimleri hala tam olarak anlaşılamamış durumdadır. Bunun nedeni kısmen olası etkileşim mekanizmalarının çokluğu ve kısmen de bu etkileşimlerden kaynaklanan dinamikleri analiz etmeden darbelerin etkileşime girmesine izin veren fiziksel süreçler üzerindeki tartışmaların odak noktasıdır. Zamansal organizasyon dinamiklerinin bağımlı (slaved) olduğunu savunarak, tüm uzun menzilli etkileşim mekanizmaları için dinamik sistem formunu sunuyoruz ve bu dinamik sistemi kullanarak, ilk kez harmonik mod kilitlemeye izin veren kriterini türetiyoruz. Literatürdeki etkileşim mekanizmaları arasında karşılaştırma, osilatörümüzde akustik olarak aracılık edilen etkileşimlerin baskınlığını gösterir. Teorik olarak, bu darbe etkileşimlerinde, akustik etkin ile birlikte, tek darbeli evrim dinamiklerinin yer aldığını, bireysel darbe enerjilerini etkilediğini, ve darbe hızlarının, darbe enrjilerine bağımlı olduğunu gösteriyoruz. Bu, osilatörümüzdeki darbe etkileşimlerinin ayırt edici bir özelliğidir. Deneysel olarak, bu etkileşimlerin belirli sayıda darbe için birden fazla stabil sabit noktaya izin verdiğini ve gürültü kaynaklı geçişlerin yanı sıra tek darbeli mod-kilit dinamiği parametrelerine dayalı çatallanma gösterdiğini ve etkileşim teorimizi doğruladığını gösteriyoruz. Son olarak, daha zengin darbe organizasyona izin veren ve etkileşim teorimizi daha da destekleyen yeni bir ikincil döngü kullanarak akustik etkileşimlerin dramatik manipülasyonunu gösteriyoruz.