Високопотужний фемтосекунднийлазермає велике застосування в наукових дослідженнях та промислових галузях, таких як генерація терагерцового діапазону, генерація атосекундних імпульсів та оптичний гребінець частот.Лазери з фіксацією модівзасновані на традиційних носіях з блочним підсиленням, обмежені ефектом теплового лінзування при високій потужності, і наразі максимальна вихідна потужність становить близько 20 Вт.
Тонколистовий лазер використовує багатопрохідну структуру накачування для відображеннялампочка насосадо шаруватого підсилювального середовища товщиною 100 мікрон для високоефективного поглинання накачування. Надзвичайно тонке підсилювальне середовище в поєднанні з технологією зворотного охолодження значно зменшує вплив ефекту теплової лінзи та нелінійного ефекту, що дозволяє досягти більшої потужності фемтосекундного імпульсного виходу.
Вафельні осцилятори в поєднанні з технологією синхронізації мод лінз Керра є основним засобом отримання лазерного випромінювання високої середньої потужності з тривалістю імпульсу порядку фемтосекунд.
РИС. 1 (a) схема оптичної структури 72 та (b) фізична схема насосного модуля
Команда дослідників з Китайської академії наук спроектувала та побудувала лазер на основі лінзи Керра з синхронізацією мод на основі лінзи Керра на основі власноруч розробленого 72-компонентного модуля накачування, а також розробила лазер на основі лінзи Керра з синхронізацією мод на основі лінзи Керра з найвищою середньою потужністю та енергією одного імпульсу в Китаї.
Ґрунтуючись на принципі синхронізації мод лінзи Керра та ітераційному розрахунку матриці ABCD, дослідницька група спочатку проаналізувала теорію синхронізації мод лазера з тонкою пластиною та синхронізацією мод на основі лінзи Керра, змоделювала зміни мод у резонаторі під час синхронізації мод та безперервної роботи, і підтвердила, що радіус моди резонатора на твердій діафрагмі зменшиться більш ніж на 7% після синхронізації мод.
Згодом, керуючись принципом проектування, дослідницька група спроектувала та побудувала резонатор із синхронізованими модами на основі лінзи Керра (рис. 2) на основі 72-компонентного модуля накачування (рис. 1), незалежно розробленого групою, та отримала імпульсний лазерний вихід із середньою потужністю 11,78 Вт, тривалістю імпульсу 245 фс та енергією одного імпульсу 0,14 мкДж при часі накачування 72 Вт. Ширина вихідного імпульсу та зміна внутрішньорезонаторної моди добре узгоджуються з результатами моделювання.
РИС. 2. Схематична діаграма резонансного резонатора лазера на пластинах Yb:YAG з синхронізованою модою лінзи Керра, що використовувався в експерименті
Щоб покращити вихідну потужність лазера, дослідницька група збільшила радіус кривизни фокусуючого дзеркала та точно налаштувала товщину середовища Керра та дисперсію другого порядку. Коли потужність накачування була встановлена на 94 Вт, середня вихідна потужність збільшилася до 22,33 Вт, тривалість імпульсу становила 394 фс, а енергія одного імпульсу – 0,28 мкДж.
Для подальшого збільшення вихідної потужності дослідницька група ще більше збільшить радіус кривизни сфокусованої увігнутої дзеркальної пари, розмістивши резонатор у закритому середовищі з низьким вакуумом, щоб зменшити вплив збурень повітря та розсіювання повітря.
Час публікації: 15 серпня 2023 р.