Przełom! Najmocniejszy na świecie laser światłowodowy femtosekundowy o średniej podczerwieni i mocy 3 μm

Przełom! Największa na świecie moc podczerwieni średniej 3 μmlaser światłowodowy femtosekundowy

Laser światłowodowyAby uzyskać moc wyjściową lasera w średniej podczerwieni, pierwszym krokiem jest wybór odpowiedniego materiału matrycy światłowodowej. W laserach światłowodowych bliskiej podczerwieni, matryca ze szkła kwarcowego jest najpopularniejszym materiałem matrycy światłowodowej o bardzo niskiej stracie transmisji, niezawodnej wytrzymałości mechanicznej i doskonałej stabilności. Jednakże, ze względu na wysoką energię fononów (1150 cm-1), włókno kwarcowe nie może być używane do transmisji laserowej w średniej podczerwieni. Aby uzyskać niską stratę transmisji lasera w średniej podczerwieni, musimy ponownie wybrać inne materiały matrycy światłowodowej 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 wzmocnienia 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 niskich stratach dla laserów średniej podczerwieni o długości fali poniżej 4 μm. Co ważniejsze, podłoże ze szkła fluorkowego pozwala na uzyskanie wysokiego stężenia domieszkowania jonami ziem rzadkich, co zapewnia wzmocnienie wymagane do generowania laserów średniej podczerwieni. Na przykład, najbardziej dojrzałe włókno ZBLAN z fluorkiem dla Er3+ osiągnęło stężenie domieszkowania do 10 mol. Dlatego matryca ze szkła fluorkowego jest najbardziej odpowiednim materiałem matrycy światłowodowej dla laserów światłowodowych średniej podczerwieni.

Niedawno zespół profesora Ruana Shuangchena i profesora Guo Chunyu z Uniwersytetu w Shenzhen opracował femtosekundowy czujnik o dużej mocyimpulsowy laser światłowodowyskłada się z 2,8μm oscylatora światłowodowego Er:ZBLAN z synchronizacją modów, jednomodowego przedwzmacniacza światłowodowego Er:ZBLAN i wielkomodowego głównego wzmacniacza światłowodowego Er:ZBLAN.
Opierając się na teorii samokompresji i wzmocnienia ultrakrótkich impulsów średniej podczerwieni, sterowanych stanem polaryzacji oraz pracach symulacji numerycznej naszej grupy badawczej, w połączeniu z nieliniowymi metodami tłumienia i sterowania modami światłowodów wielkomodowych, technologią aktywnego chłodzenia oraz strukturą wzmacniającą pompy dwustronnej, system uzyskuje ultrakrótki impuls wyjściowy o długości 2,8 μm, średniej mocy 8,12 W i szerokości impulsu 148 fs. Międzynarodowy rekord najwyższej średniej mocy osiągnięty przez tę grupę badawczą został dodatkowo pobity.

Rysunek 1 Schemat strukturalny lasera światłowodowego Er:ZBLAN opartego na strukturze MOPA
Strukturalaser femtosekundowyUkład pokazano na rysunku 1. Jednomodowe włókno Er:ZBLAN z podwójnym płaszczem o długości 3,1 m zostało użyte jako włókno wzmocnienia w przedwzmacniaczu, ze stężeniem domieszki 7% mol. i średnicą rdzenia 15 μm (NA = 0,12). W głównym wzmacniaczu, włókno Er:ZBLAN z podwójnym płaszczem i dużym polem modowym o długości 4 m zostało użyte jako włókno wzmocnienia, ze stężeniem domieszki 6% mol. i średnicą rdzenia 30 μm (NA = 0,12). Większa średnica rdzenia sprawia, że ​​włókno wzmocnienia ma niższy współczynnik nieliniowy i może wytrzymać wyższą moc szczytową oraz wyjście impulsowe o większej energii impulsu. Oba końce włókna wzmocnienia są połączone z nasadką zaciskową AlF3.