Proboj! Najveće snage na svijetu 3 μm srednje infracrveni femtosekundni laser sa vlaknima

Proboj! Najveća svjetska snaga srednjeg infracrvenog zračenja od 3 μmfemtosekundni fiber laser

Fiber laserza postizanje srednjeg infracrvenog laserskog izlaza, prvi korak je odabir odgovarajućeg materijala matrice vlakana. U bliskim infracrvenim laserima s vlaknima, matrica od kvarcnog stakla je najčešći materijal vlaknastog matriksa s vrlo malim gubicima prijenosa, pouzdanom mehaničkom čvrstoćom i odličnom stabilnošću. Međutim, zbog velike energije fonona (1150 cm-1), kvarcno vlakno se ne može koristiti za srednji infracrveni laserski prijenos. Da bismo postigli niske gubitke prijenosa srednjeg infracrvenog lasera, moramo ponovo odabrati druge materijale matrice vlakana sa nižom energijom fonona, kao što je matrica sulfidnog stakla ili fluoridna staklena matrica. Sulfidno vlakno ima najnižu energiju fonona (oko 350 cm-1), ali ima problem što se koncentracija dopinga ne može povećati, pa nije pogodno za korištenje kao pojačalo za generiranje srednjeg infracrvenog lasera. Iako fluoridna staklena podloga ima nešto veću energiju fonona (550 cm-1) od sulfidne staklene podloge, ona također može postići prijenos sa malim gubicima za srednje infracrvene lasere s valnim dužinama manjim od 4 μm. Što je još važnije, fluoridna staklena podloga može postići visoku koncentraciju dopinga jona rijetkih zemalja, što može osigurati pojačanje potrebno za generiranje srednjeg infracrvenog lasera, na primjer, najzrelije fluoridno ZBLAN vlakno za Er3+ moglo je postići koncentraciju dopinga od do 10 mol. Stoga je fluoridna staklena matrica najprikladniji materijal za vlaknaste matrice za srednje infracrvene lasere s vlaknima.

Nedavno je tim profesora Ruan Shuangchena i profesora Guo Chunyua na Univerzitetu Shenzhen razvio femtosekundu velike snagepulsni fiber laserSastoji se od Er:ZBLAN optičkog oscilatora sa zaključavanjem moda od 2,8 μm, jednomodnog Er:ZBLAN vlaknastog pretpojačala i glavnog pojačala Er:ZBLAN vlakna velikog moda.
Zasnovano na teoriji samokompresije i pojačanja srednjeg infracrvenog ultra-kratkog impulsa kontroliranog polarizacijskim stanjem i numeričke simulacije rada naše istraživačke grupe, u kombinaciji s nelinearnom potiskivanjem i metodama upravljanja modom optičkih vlakana velikog moda, tehnologijom aktivnog hlađenja i pojačanjem Struktura dvostrane pumpe, sistem dobija ultra-kratki impulsni izlaz od 2,8 μm sa prosečnom snagom od 8,12 W i širinom impulsa od 148 fs. Međunarodni rekord najveće prosječne snage koju je postigla ova istraživačka grupa dodatno je osvježen.

Slika 1 Strukturni dijagram Er:ZBLAN fiber lasera zasnovanog na MOPA strukturi
Strukturafemtosekundni laserSistem je prikazan na slici 1. Jednomodno dvostruko obloženo Er:ZBLAN vlakno dužine 3,1 m korišćeno je kao pojačalo u pretpojačavaču sa koncentracijom dopinga od 7 mol.% i prečnikom jezgre od 15 μm (NA = 0,12). U glavnom pojačavaču kao pojačalo je korišćeno dvostruko obloženo veliko modno Er:ZBLAN vlakno dužine 4 m sa koncentracijom dopinga od 6 mol.% i prečnikom jezgre od 30 μm (NA = 0,12). Veći prečnik jezgre čini da vlakno pojačanja ima niži nelinearni koeficijent i može izdržati veću vršnu snagu i izlazni impuls veće energije impulsa. Oba kraja vlakna za pojačanje su spojena sa poklopcem terminala AlF3.