Przełom! Największa na świecie moc 3 μm w średniej podczerwienilaser światłowodowy femtosekundowy
Laser światłowodowyaby uzyskać wyjście lasera w średniej podczerwieni, pierwszym krokiem jest wybór odpowiedniego materiału matrycy włókien. W laserach światłowodowych bliskiej podczerwieni matryca ze szkła kwarcowego jest najczęstszym materiałem matrycy włókien o bardzo niskiej stracie transmisji, niezawodnej wytrzymałości mechanicznej i doskonałej stabilności. Jednak ze względu na wysoką energię fononów (1150 cm-1) włókna kwarcowe nie mogą być używane do transmisji lasera w średniej podczerwieni. Aby uzyskać niską stratę transmisji lasera w średniej podczerwieni, musimy ponownie wybrać inne materiały matrycy włókien 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 problem z tym, że nie można zwiększyć stężenia domieszkowania, więc nie nadaje się do stosowania jako włókno wzmacniające do generowania lasera w 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 o niskiej stracie dla laserów średniej podczerwieni o długości fali mniejszej niż 4 μm. Co ważniejsze, podłoże ze szkła fluorkowego może osiągnąć wysokie stężenie domieszkowania jonami ziem rzadkich, co może zapewnić wzmocnienie wymagane do generowania laserów średniej podczerwieni, na przykład najbardziej dojrzałe włókno ZBLAN z fluorkiem dla Er3+ było w stanie osiągnąć stężenie domieszkowania do 10 mol. 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 femtosekundowy aparat o dużej mocylaser światłowodowy impulsowyskłada się z 2,8μm oscylatora światłowodowego Er:ZBLAN z synchronizacją modów, jednomodowego przedwzmacniacza światłowodowego Er:ZBLAN oraz wielkomodowego głównego wzmacniacza światłowodowego Er:ZBLAN.
Na podstawie teorii samokompresji i wzmocnienia ultrakrótkiego impulsu średniej podczerwieni kontrolowanego przez stan polaryzacji i numeryczną symulację pracy naszej grupy badawczej, w połączeniu z nieliniowymi metodami tłumienia i sterowania trybem światłowodu wielkomodowego, technologią aktywnego chłodzenia i strukturą wzmocnienia pompy dwustronnej, system uzyskuje 2,8 μm ultrakrótkiego impulsu wyjściowego o średniej mocy 8,12 W i szerokości impulsu 148 fs. Międzynarodowy rekord najwyższej średniej mocy osiągniętej przez tę grupę badawczą został dodatkowo odświeżony.
Rysunek 1 Schemat strukturalny lasera światłowodowego Er:ZBLAN opartego na strukturze MOPA
Strukturalaser femtosekundowysystem pokazano na rysunku 1. Jednomodowe włókno Er:ZBLAN o podwójnym płaszczu i długości 3,1 m zostało użyte jako włókno wzmocnienia w przedwzmacniaczu o stężeniu domieszkowania 7 mol.% i średnicy rdzenia 15 μm (NA = 0,12). W głównym wzmacniaczu włókno Er:ZBLAN o dużym polu modowym o podwójnym płaszczu i długości 4 m zostało użyte jako włókno wzmocnienia o stężeniu domieszkowania 6 mol.% i średnicy rdzenia 30 μm (NA = 0,12). Większa średnica rdzenia sprawia, że włókno wzmocnienia ma niższy współczynnik nieliniowy i może wytrzymać wyższą moc szczytową i wyjście impulsowe o większej energii impulsu. Oba końce włókna wzmocnienia są zespolone z nasadką zaciskową AlF3.
Czas publikacji: 19-02-2024