Femtosekundy o dużej mocylaserma dużą wartość użytkową w badaniach naukowych i przemyśle, takich jak generowanie teraherców, generowanie impulsów attosekundowych i grzebień częstotliwości optycznych.Lasery z blokadą modówKonstrukcje oparte na tradycyjnych mediach o wzmocnieniu blokowym są ograniczone efektem soczewkowania termicznego przy dużej mocy, a obecnie maksymalna moc wyjściowa wynosi około 20 W.
Laser cienkich arkuszy wykorzystuje wieloprzebiegową strukturę pompy do odbijaniaświatło pompydo warstwy wzmacniającej o grubości 100 mikronów, zapewniającej wysoką wydajność absorpcji pompy. Niezwykle cienka warstwa wzmacniająca w połączeniu z technologią chłodzenia wstecznego znacznie redukuje wpływ efektu soczewki termicznej i efektu nieliniowego, a także pozwala uzyskać wyższą moc wyjściową impulsów femtosekundowych.
Oscylatory waflowe połączone z technologią synchronizacji modów soczewek Kerra to główne sposoby uzyskania dużej średniej mocy wyjściowej lasera o szerokości impulsu rzędu femtosekund.
Rys. 1 (a) Schemat struktury optycznej 72 i (b) Schemat fizyczny modułu pompy
Zespół badaczy z Chińskiej Akademii Nauk zaprojektował i zbudował laser arkuszowy z soczewką Kerra i synchronizacją modów, bazujący na samodzielnie opracowanym 72-drożnym module pompującym. Opracowano również laser arkuszowy z soczewką Kerra i synchronizacją modów o najwyższej średniej mocy i energii pojedynczego impulsu w Chinach.
Opierając się na zasadzie synchronizacji modów za pomocą soczewki Kerra oraz iteracyjnym obliczeniu macierzy ABCD, zespół badawczy najpierw przeanalizował teorię synchronizacji modów w laserze z cienką soczewką Kerra, symulował zmiany modów w rezonatorze podczas synchronizacji modów i pracy ciągłej oraz potwierdził, że promień modu wnęki przy twardej przysłonie zostanie zmniejszony o ponad 7% po synchronizacji modów.
Następnie, kierując się zasadą projektowania, zespół badawczy zaprojektował i zbudował rezonator z synchronizacją modów z soczewką Kerra (rys. 2) oparty na 72-drożnym module pompującym (rys. 1) opracowanym niezależnie przez zespół, uzyskując impulsowy sygnał wyjściowy lasera o średniej mocy 11,78 W, szerokości impulsu 245 fs i energii pojedynczego impulsu 0,14 μJ przy czasie pompowania 72 W. Szerokość impulsu wyjściowego i zmienność modu wewnątrzkomorowego dobrze zgadzają się z wynikami symulacji.
Rys. 2 Schematyczny diagram wnęki rezonansowej lasera płytkowego Yb:YAG z synchronizacją modów i soczewką Kerra, stosowanego w eksperymencie
Aby poprawić moc wyjściową lasera, zespół badawczy zwiększył promień krzywizny zwierciadła ogniskującego oraz precyzyjnie dostroił grubość ośrodka Kerra i dyspersję drugiego rzędu. Po ustawieniu mocy pompy na 94 W, średnia moc wyjściowa wzrosła do 22,33 W, szerokość impulsu wyniosła 394 fs, a energia pojedynczego impulsu 0,28 μJ.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć moc wyjściową, zespół badawczy zwiększy promień krzywizny pary zwierciadeł wklęsłych, umieszczając rezonator w zamkniętym środowisku o niskiej próżni, aby ograniczyć wpływ zaburzeń i rozpraszania powietrza.
Czas publikacji: 15.08.2023