Прорив! Найпотужніший у світі середній інфрачервоний діапазон довжиною 3 мкмфемтосекундний волоконний лазер
Волоконний лазерДля досягнення вихідної потужності лазера в середньому інфрачервоному діапазоні першим кроком є вибір відповідного матеріалу волокнистої матриці. У волоконних лазерах ближнього інфрачервоного діапазону кварцове скло є найпоширенішим матеріалом волокнистої матриці з дуже низькими втратами передачі, надійною механічною міцністю та чудовою стабільністю. Однак через високу енергію фононів (1150 см-1) кварцове волокно не може бути використане для передачі лазера в середньому інфрачервоному діапазоні. Щоб досягти низьких втрат передачі лазера в середньому інфрачервоному діапазоні, нам потрібно перевибрати інші матеріали волокнистої матриці з нижчою енергією фононів, такі як матриця з сульфідного скла або матриця з фторидного скла. Сульфідне волокно має найнижчу енергію фононів (близько 350 см-1), але воно має проблему в тому, що концентрацію легування неможливо збільшити, тому воно не підходить для використання як підсилююче волокно для генерації лазера в середньому інфрачервоному діапазоні. Хоча 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, фторидна скляна підкладка може досягти високої концентрації легування рідкісноземельними іонами, що може забезпечити посилення, необхідне для генерації лазера середнього інфрачервоного діапазону, наприклад, найзріліше фторидне волокно ZBLAN для Er3+ змогло досягти концентрації легування до 10 моль. Таким чином, матриця фторидного скла є найбільш придатним матеріалом для волоконної матриці для волоконних лазерів середнього інфрачервоного діапазону.
Нещодавно команда професора Руана Шуанчена та професора Го Чунью з Шеньчженьського університету розробила потужний фемтосекундний...імпульсний волоконний лазерскладається з 2,8 мкм волоконного генератора Er:ZBLAN із синхронізованою модою, одномодового волоконного передпідсилювача Er:ZBLAN та основного волоконного підсилювача Er:ZBLAN із широким полем.
Базуючись на теорії самостиснення та посилення ультракоротких імпульсів середнього інфрачервоного діапазону, керованих станом поляризації, та чисельному моделюванні нашої дослідницької групи, у поєднанні з методами нелінійного придушення та керування модами широкомодового оптичного волокна, технологією активного охолодження та структурою посилення двостороннього накачування, система отримує вихідний ультракороткий імпульс 2,8 мкм із середньою потужністю 8,12 Вт та тривалістю імпульсу 148 фс. Міжнародний рекорд найвищої середньої потужності, досягнутий цією дослідницькою групою, був додатково поновлений.
Рисунок 1. Структурна схема волоконного лазера Er:ZBLAN на основі структури MOPA
Структурафемтосекундний лазерСистема показана на рисунку 1. Як підсилювальне волокно в передпідсилювачі використовувалося одномодове двошарове волокно Er:ZBLAN довжиною 3,1 м з концентрацією легування 7 мол.% та діаметром осердя 15 мкм (NA = 0,12). В основному підсилювачі як підсилювальне волокно використовувалося двошарове широкомодове волокно Er:ZBLAN довжиною 4 м з концентрацією легування 6 мол.% та діаметром осердя 30 мкм (NA = 0,12). Більший діаметр осердя забезпечує нижчий коефіцієнт нелінійності підсилювального волокна та здатне витримувати вищу пікову потужність та імпульсний вихід більшої імпульсної енергії. Обидва кінці підсилювального волокна з'єднані з конденсатором AlF3.
Час публікації: 19 лютого 2024 р.