Preboj! Najmočnejši 3 μm srednji infrardeči femtosekundni optični laser na svetu

Preboj! Največja moč na svetu 3 μm srednji infrardečifemtosekundni laser z vlakni

Fiber laserDa bi dosegli laserski izhod srednje infrardeče svetlobe, je prvi korak izbira ustreznega materiala matrike vlaken. Pri laserjih z vlakni blizu infrardečega spektra je matrika iz kremenčevega stekla najpogostejši material za matriko vlaken z zelo nizko izgubo prenosa, zanesljivo mehansko trdnostjo in odlično stabilnostjo. Vendar pa zaradi visoke fononske energije (1150 cm-1) kremenčevih vlaken ni mogoče uporabiti za laserski prenos srednjega infrardečega spektra. Da bi dosegli nizke izgube pri prenosu srednjega infrardečega laserja, moramo ponovno izbrati druge materiale matrike vlaken z nižjo fononsko energijo, kot je matrica iz sulfidnega stekla ali matrica iz fluoridnega stekla. Sulfidno vlakno ima najnižjo fononsko energijo (približno 350 cm-1), vendar ima težavo, da koncentracije dopinga ni mogoče povečati, zato ni primerno za uporabo kot ojačitveno vlakno za generiranje srednjega infrardečega laserja. Čeprav ima substrat iz fluoridnega stekla nekoliko višjo fononsko energijo (550 cm-1) kot substrat iz sulfidnega stekla, lahko doseže tudi prenos z nizkimi izgubami za srednje infrardeče laserje z valovno dolžino, manjšo od 4 μm. Še pomembneje je, da lahko substrat iz fluoridnega stekla doseže visoko koncentracijo dopinga ionov redkih zemelj, kar lahko zagotovi pridobitev, potrebno za lasersko generacijo srednjega infrardečega spektra, na primer, najbolj zrelo fluoridno vlakno ZBLAN za Er3+ je uspelo doseči koncentracijo dopinga do 10 mol. Zato je matrika iz fluoridnega stekla najprimernejši material za matriko vlaken za laserje s srednje infrardečimi vlakni.

Pred kratkim je ekipa profesorja Ruan Shuangchen in profesorja Guo Chunyu na univerzi Shenzhen razvila visoko zmogljivo femtosekundopulzni laser z vlaknisestavljen iz 2,8 μm modovno zaklenjenega oscilatorja vlaken Er:ZBLAN, predojačevalnika vlaken Er:ZBLAN z enim načinom in glavnega ojačevalnika vlaken Er:ZBLAN z velikim poljem.
Temelji na teoriji samokompresije in ojačanja ultrakratkega impulza srednjega infrardečega spektra, ki ga nadzira stanje polarizacije, in numerično simulacijo dela naše raziskovalne skupine, v kombinaciji z nelinearnimi metodami zatiranja in nadzora načina optičnega vlakna velikega načina, tehnologije aktivnega hlajenja in ojačanja struktura črpalke z dvojnim koncem, sistem pridobi 2,8 μm izhod ultrakratkih impulzov s povprečno močjo 8,12 W in širino impulza 148 fs. Mednarodni rekord največje povprečne moči, ki jo je dosegla ta raziskovalna skupina, je bil dodatno osvežen.

Slika 1 Strukturni diagram laserja z vlakni Er:ZBLAN na osnovi strukture MOPA
Strukturafemtosekundni lasersistem je prikazan na sliki 1. Enomodno dvojno oplaščeno vlakno Er:ZBLAN dolžine 3,1 m je bilo uporabljeno kot ojačitveno vlakno v predojačevalniku s koncentracijo dopinga 7 mol. % in premerom jedra 15 μm (NA = 0,12). V glavnem ojačevalniku je bilo kot ojačevalno vlakno uporabljeno dvojno obloženo vlakno velikega polja Er:ZBLAN z dolžino 4 m s koncentracijo dopinga 6 mol.% in premerom jedra 30 μm (NA = 0,12). Zaradi večjega premera jedra ima ojačitveno vlakno nižji nelinearni koeficient in lahko prenese večjo konično moč in izhod impulza večje energije impulza. Oba konca ojačevalnega vlakna sta spojena s priključno kapico AlF3.