Proboj! Najsnažniji 3 μm femtosekundni vlaknasti laser srednjeg infracrvenog spektra na svijetu

Proboj! Najsnažniji srednji infracrveni spektar na svijetu od 3 μmfemtosekundni vlaknasti laser

Fiber laserDa bi se postigao laserski izlaz srednjeg infracrvenog zračenja, prvi korak je odabir odgovarajućeg materijala za matricu vlakana. Kod vlaknastih lasera bliskog infracrvenog zračenja, matrica od kvarcnog stakla je najčešći materijal za matricu vlakana s vrlo niskim gubicima pri prijenosu, pouzdanom mehaničkom čvrstoćom i odličnom stabilnošću. Međutim, zbog visoke energije fonona (1150 cm-1), kvarcno vlakno se ne može koristiti za prijenos lasera srednjeg infracrvenog zračenja. Da bismo postigli prijenos lasera srednjeg infracrvenog zračenja s niskim gubicima, moramo ponovo odabrati druge materijale za matricu vlakana s nižom energijom fonona, kao što su matrica od sulfidnog stakla ili matrica od fluoridnog stakla. Sulfidno vlakno ima najnižu energiju fonona (oko 350 cm-1), ali ima problem što se koncentracija dopiranja ne može povećati, pa nije pogodno za upotrebu kao vlakno za pojačanje za generiranje lasera srednjeg infracrvenog zračenja. Iako fluoridna staklena podloga ima nešto veću energiju fonona (550 cm-1) od sulfidne staklene podloge, također može postići prijenos s niskim gubicima za lasere srednjeg infracrvenog zračenja s valnim dužinama manjim od 4 μm. Što je još važnije, fluoridna staklena podloga može postići visoku koncentraciju dopiranja rijetkim zemnim ionima, što može osigurati pojačanje potrebno za generiranje lasera u srednjem infracrvenom području. Na primjer, najzrelije fluoridno ZBLAN vlakno za Er3+ uspjelo je postići koncentraciju dopiranja do 10 mol. Stoga je matrica fluoridnog stakla najprikladniji materijal za matricu vlakana za lasere u srednjem infracrvenom području.

Nedavno je tim profesora Ruana Shuangchena i profesora Guo Chunyua sa Univerziteta Shenzhen razvio femtosekundni...pulsni vlaknasti lasersastavljen od 2,8μm Er:ZBLAN optičkog oscilatora sa zaključanim modom, jednomodnog Er:ZBLAN optičkog pretpojačala i glavnog Er:ZBLAN optičkog pojačala sa širokim poljem.
Na osnovu teorije samokompresije i pojačanja ultrakratkih impulsa srednjeg infracrvenog zračenja kontrolisanih stanjem polarizacije i numeričke simulacije naše istraživačke grupe, u kombinaciji s nelinearnim metodama supresije i kontrole moda optičkog vlakna velikog moda, tehnologijom aktivnog hlađenja i strukturom pojačanja dvostruke pumpe, sistem postiže izlaz ultrakratkih impulsa od 2,8 μm sa prosječnom 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 vlaknastog lasera baziranog na MOPA strukturi
Strukturafemtosekundni laserSistem je prikazan na Slici 1. U pretpojačalu je kao pojačajuće vlakno korišteno jednomodno dvostruko obloženo Er:ZBLAN vlakno dužine 3,1 m s koncentracijom dopiranja od 7 mol.% i promjerom jezgre od 15 μm (NA = 0,12). U glavnom pojačalu, kao pojačajuće vlakno korišteno je dvostruko obloženo Er:ZBLAN vlakno velikog modnog polja dužine 4 m s koncentracijom dopiranja od 6 mol.% i promjerom jezgre od 30 μm (NA = 0,12). Veći promjer jezgre čini pojačavajućim vlaknom niži nelinearni koeficijent i može izdržati veću vršnu snagu i impulsni izlaz veće impulsne energije. Oba kraja pojačavajućeg vlakna su spojena na AlF3 terminalnu kapu.