Laser na listovima sa zaključanim načinom rada, ultrabrzi laser visoke energije

Femtosekunda velike snagelaserima veliku primenu u naučnim istraživanjima i industrijskim poljima kao što su teraherc generacija, generisanje attosekundnih impulsa i optički frekventni češalj.Mod-locked laserizasnovani na tradicionalnim medijima sa blok-pojačavanjem ograničeni su termalnim efektom sočiva pri velikoj snazi, a trenutno je maksimalna izlazna snaga oko 20 W.

Laser za tanak sloj koristi strukturu pumpe sa više prolaza da reflektujesvjetlo pumpena medij za pojačavanje ploče debljine 100 mikrona za visokoefikasnu apsorpciju pumpe. Izuzetno tanak medij u kombinaciji sa tehnologijom povratnog hlađenja uvelike smanjuje utjecaj termalnog efekta sočiva i nelinearnog efekta i može postići veću snagu femtosekundnog impulsnog izlaza.
Wafer oscilatori u kombinaciji sa Kerr tehnologijom za zaključavanje moda sočiva su glavno sredstvo za postizanje visoke prosječne snage laserskog izlaza sa širinom impulsa reda femtosekunde.

Fig. 1 (a) 72 dijagram optičke strukture i (b) fizički dijagram modula pumpe

Tim istraživača sa Kineske akademije nauka dizajnirao je i izgradio pločasti laser sa zaključavanjem Kerr sočiva baziran na samorazvijenom 72-smjernom modulu pumpe i razvio Kerr laser sa zaključavanjem moda za Kerr sa najvećom prosječnom snagom i pojedinačnim pulsna energija u Kini.
Na osnovu principa zaključavanja moda Kerr sočiva i iterativnog izračunavanja ABCD matrice, istraživački tim je prvo analizirao teoriju zaključavanja moda tankog pločastog lasera za zaključavanje moda Kerr sočiva, simulirao promjene moda u rezonatoru tokom operacije zaključavanja moda. i kontinuirani rad, i potvrdio da će radijus režima šupljine na tvrdoj dijafragmi biti smanjen za više od 7% nakon zaključavanja moda.

Nakon toga, vođen principom dizajna, istraživački tim je dizajnirao i izgradio rezonator sa zaključavanjem moda Kerr sočiva (Sl. 2) zasnovan na 72-smjernom modulu pumpe (Sl. 1) koji je neovisno razvio tim i dobio pulsni laser izlaz sa prosječnom snagom od 11,78 W, širinom impulsa od 245 fs i energijom jednog impulsa od 0,14 μJ pri vremenu pumpanja od 72 W. Širina izlaznog impulsa i varijacija režima unutar šupljine su u dobrom skladu sa rezultatima simulacije.

Fig. 2 Šematski dijagram rezonantne šupljine Kerrovog sočiva Yb:YAG wafer lasera koji se koristi u eksperimentu

Kako bi poboljšao izlaznu snagu lasera, istraživački tim je povećao radijus zakrivljenosti ogledala za fokusiranje i fino podesio Kerrovu srednju debljinu i disperziju drugog reda. Kada je snaga pumpe postavljena na 94 W, prosječna izlazna snaga je povećana na 22,33 W, a širina impulsa je bila 394 fs, a energija pojedinačnog impulsa 0,28 μJ.

Da bi dodatno povećao izlaznu snagu, istraživački tim će dodatno povećati radijus zakrivljenosti fokusiranog para konkavnog ogledala, dok će rezonator postaviti u zatvoreno okruženje niskog vakuuma kako bi se smanjio utjecaj smetnji zraka i disperzije zraka.