Листовий лазер із блокуванням режиму, потужний високоенергетичний надшвидкий лазер

Фемтосекундна потужністьлазермає велике значення для застосування в наукових дослідженнях і промислових галузях, таких як генерація терагерцових частот, генерація аттосекундних імпульсів і оптична гребінка частоти.Модифіковані лазеризасновані на традиційних носіях з блоковим посиленням, обмежені ефектом теплової лінзи при високій потужності, і в даний час максимальна вихідна потужність становить близько 20 Вт.

Тонкий листовий лазер використовує багатопрохідну структуру насоса для відображеннясвітло насосадо листового середовища товщиною 100 мікрон для високоефективного поглинання насоса. Надзвичайно тонке середовище підсилення в поєднанні з технологією зворотного охолодження значно зменшує вплив ефекту теплової лінзи та нелінійного ефекту та може досягти фемтосекундного імпульсного виходу більшої потужності.
Осцилятори пластин у поєднанні з технологією синхронізації мод лінзи Керра є основним засобом для отримання високої середньої вихідної потужності лазера з шириною імпульсу порядку фемтосекунд.

ФІГ. 1 (a) 72 схема оптичної структури та (b) фізична схема модуля насоса

Група дослідників із Китайської академії наук розробила та побудувала листовий лазер із синхронізованим режимом з лінзою Керра на основі 72-канального модуля накачування власної розробки та розробила листовий лазер із синхронізованим режимом з лінзою Керра з найвищою середньою потужністю та одиночним імпульсної енергії в Китаї.
На основі принципу синхронізації мод лінзи Керра та ітераційного розрахунку матриці ABCD дослідницька група вперше проаналізувала теорію синхронізації мод тонкого пластинчастого лазера із синхронізацією мод із лінзою Керра, змоделювала зміни режиму в резонаторі під час операції синхронізації мод. і безперервної роботи, і підтвердив, що радіус режиму резонатора на твердій діафрагмі буде зменшено більш ніж на 7% після блокування режиму.

Згодом, керуючись принципом дизайну, дослідницька група розробила та побудувала резонатор із синхронізацією мод із лінзою Керра (РИС. 2) на основі 72-канального модуля накачування (РИС. 1), незалежно розробленого командою, і отримала імпульсний лазер вихідний сигнал із середньою потужністю 11,78 Вт, шириною імпульсу 245 фс та енергією одного імпульсу 0,14 мкДж за часу накачування 72 Вт. Ширина вихідного імпульсу та зміна внутрішньорезонаторної моди добре узгоджуються з результатами моделювання.

ФІГ. 2 Принципова схема резонансної порожнини Yb:YAG пластинчастого лазера з лінзою Керра, який використовувався в експерименті

Щоб підвищити вихідну потужність лазера, дослідницька група збільшила радіус кривизни фокусуючого дзеркала та налаштувала середню товщину Керра та дисперсію другого порядку. Коли потужність накачки була встановлена ​​на 94 Вт, середня вихідна потужність була збільшена до 22,33 Вт, а ширина імпульсу становила 394 фс, а енергія одиничного імпульсу становила 0,28 мкДж.

Для подальшого збільшення вихідної потужності дослідницька група додатково збільшить радіус кривизни пари сфокусованих увігнутих дзеркал, одночасно помістивши резонатор у закрите середовище з низьким вакуумом, щоб зменшити вплив повітряних перешкод і розсіювання повітря.