Wyłom! Najwyższej na świecie femtosekundowy laser światłowodowy o średnicy 3 μm i średniej podczerwieni

Wyłom! Najwyższa na świecie moc 3 μm średniej podczerwienifemtosekundowy laser światłowodowy

Laser światłowodowyAby uzyskać moc lasera średniej podczerwieni, pierwszym krokiem jest wybór odpowiedniego materiału matrycy włóknistej. W laserach światłowodowych bliskiej podczerwieni matryca ze szkła kwarcowego jest najpopularniejszym materiałem matrycy włóknistej o bardzo niskich stratach transmisji, niezawodnej wytrzymałości mechanicznej i doskonałej stabilności. Jednakże ze względu na dużą energię fononów (1150 cm-1) włókno kwarcowe nie może być stosowane do transmisji laserowej w średniej podczerwieni. Aby uzyskać niskostratną transmisję lasera średniej podczerwieni, musimy ponownie wybrać inne materiały z matrycą włóknistą o niższej energii fononów, takie jak matryca ze szkła siarczkowego lub matryca ze szkła fluorkowego. Włókno siarczkowe ma najniższą energię fononów (około 350 cm-1), ale ma tę wadę, że nie można zwiększyć stężenia domieszki, dlatego nie nadaje się do stosowania jako włókno wzmacniające do generowania lasera średniej podczerwieni. Chociaż podłoże ze szkła fluorkowego ma nieco wyższą energię fononów (550 cm-1) niż podłoże ze szkła siarczkowego, może ono również osiągnąć transmisję z niskimi stratami dla laserów średniej podczerwieni o długości fali mniejszej niż 4 μm. Co ważniejsze, podłoże ze szkła fluorkowego może osiągnąć wysokie stężenie domieszkowania jonów ziem rzadkich, co może zapewnić wzmocnienie wymagane do generowania lasera średniej podczerwieni, na przykład najbardziej dojrzałe włókno fluorkowe ZBLAN dla Er3+ było w stanie osiągnąć stężenie domieszkowania wynoszące do 10 moli. Dlatego matryca ze szkła fluorkowego jest najbardziej odpowiednim materiałem matrycy włóknistej dla laserów światłowodowych średniej podczerwieni.

Niedawno zespół profesora Ruana Shuangchena i profesora Guo Chunyu z Uniwersytetu w Shenzhen opracował femtosekundę dużej mocyimpulsowy laser światłowodowyskłada się z oscylatora światłowodowego Er:ZBLAN z synchronizacją modów 2,8 μm, przedwzmacniacza światłowodowego Er:ZBLAN jednomodowego i głównego wzmacniacza światłowodowego Er:ZBLAN z dużym polem.
W oparciu o teorię samokompresji i wzmocnienia ultrakrótkiego impulsu średniej podczerwieni kontrolowanego przez stan polaryzacji i prace symulacyjne numeryczne naszej grupy badawczej, w połączeniu z nieliniowymi metodami tłumienia i kontroli trybu światłowodu wielkomodowego, technologią aktywnego chłodzenia i wzmacnianiem Dzięki konstrukcji dwustronnej pompy system uzyskuje ultrakrótki impuls wyjściowy o długości 2,8 μm, średniej mocy 8,12 W i szerokości impulsu 148 fs. Międzynarodowy rekord najwyższej mocy średniej osiągniętej przez tę grupę badawczą został dodatkowo odświeżony.

Rysunek 1 Schemat budowy lasera światłowodowego Er:ZBLAN opartego na strukturze MOPA
Strukturalaser femtosekundowyukład pokazano na rysunku 1. Jako włókno wzmacniające w przedwzmacniaczu zastosowano jednomodowe, podwójnie płaszczowe włókno Er:ZBLAN o długości 3,1 m, o stężeniu domieszki 7% mol. i średnicy rdzenia 15 μm (NA = 0,12). We wzmacniaczu głównym jako włókno wzmacniające zastosowano podwójnie platerowane włókno wielkomodowe Er:ZBLAN o długości 4 m, o stężeniu domieszkowania 6% mol. i średnicy rdzenia 30 µm (NA = 0,12). Większa średnica rdzenia sprawia, że ​​włókno wzmacniające ma niższy współczynnik nieliniowy i może wytrzymać wyższą moc szczytową i moc wyjściową impulsu o większej energii impulsu. Obydwa końce światłowodu wzmacniającego są połączone z końcówką AlF3.