Прорив! Найвища в світі потужність 3 мкм середнього інфрачервоного діапазонуфемтосекундний волоконний лазер
Волоконний лазерЩоб досягти середнього інфрачервоного виходу лазера, першим кроком є вибір відповідного матеріалу волоконної матриці. У волоконних лазерах ближнього інфрачервоного діапазону матриця з кварцового скла є найпоширенішим матеріалом волоконної матриці з дуже низькими втратами передачі, надійною механічною міцністю та відмінною стабільністю. Однак через високу фононну енергію (1150 см-1) кварцове волокно не можна використовувати для лазерної передачі середнього інфрачервоного діапазону. Щоб досягти низьких втрат передачі лазера середнього інфрачервоного діапазону, нам потрібно повторно вибрати інші матеріали волоконної матриці з меншою енергією фононів, такі як матриця сульфідного скла або матриця фторидного скла. Сульфідне волокно має найнижчу фононну енергію (приблизно 350 см-1), але проблема полягає в тому, що концентрацію легування неможливо збільшити, тому воно не підходить для використання як волокно підсилення для генерації лазера середнього інфрачервоного діапазону. Незважаючи на те, що підкладка з фторидного скла має дещо вищу енергію фононів (550 см-1), ніж підкладка з сульфідного скла, вона також може досягти передачі з низькими втратами для лазерів середнього інфрачервоного діапазону з довжинами хвиль менше 4 мкм. Що ще важливіше, підкладка з фторидного скла може досягти високої концентрації легування рідкоземельних іонів, що може забезпечити посилення, необхідне для генерації лазера середнього інфрачервоного діапазону. Наприклад, найдосконаліше фторидне волокно ZBLAN для Er3+ змогло досягти концентрації легування до 10 мол. Таким чином, фторидна скляна матриця є найбільш підходящим матеріалом волоконної матриці для волоконних лазерів середнього інфрачервоного діапазону.
Нещодавно команда професора Руана Шуанчена та професора Гуо Чунью з Шеньчженьського університету розробила потужний фемтосекунднийімпульсний волоконний лазерскладається з волоконного генератора Er:ZBLAN із синхронізацією мод 2,8 мкм, одномодового волоконного попереднього підсилювача Er:ZBLAN і основного підсилювача волокна великого поля Er:ZBLAN.
На основі теорії самостиснення та підсилення ультракороткого імпульсу середнього інфрачервоного діапазону, що контролюється станом поляризації, і роботи нашої дослідницької групи з чисельного моделювання в поєднанні з нелінійним придушенням і методами керування режимом великомодового оптичного волокна, технологією активного охолодження та посиленням У структурі двостороннього насоса система отримує надкороткий вихідний імпульс 2,8 мкм із середньою потужністю 8,12 Вт і шириною імпульсу 148 фс. Міжнародний рекорд найвищої середньої потужності, досягнутий цією дослідницькою групою, був додатково оновлений.
Рисунок 1 Структурна схема волоконного лазера Er:ZBLAN на основі структури MOPA
Структура вфемтосекундний лазер1. Одномодове волокно з подвійною оболонкою Er:ZBLAN довжиною 3,1 м використовувалося як волокно підсилення в попередньому підсилювачі з концентрацією легування 7 мол.% і діаметром серцевини 15 мкм (NA = 0,12). В основному підсилювачі в якості підсилювального волокна використовувалося волокно великого поля Er:ZBLAN з подвійною оболонкою довжиною 4 м з концентрацією легування 6 мол.% і діаметром серцевини 30 мкм (NA = 0,12). Більший діаметр серцевини робить волокно підсилення з нижчим нелінійним коефіцієнтом і може витримувати більш високу пікову потужність і імпульсний вихід більшої енергії імпульсу. Обидва кінці волокна підсилення з’єднані з наконечником AlF3.
Час публікації: 19 лютого 2024 р