Proboj! 3 μm srednji infracrveni femtosekundni vlaknasti laser najveće snage na svijetu

Proboj! Srednje infracrveno svjetlo najveće snage od 3 μmfemtosekundni fiber laser

Fiber laserza postizanje srednjeg infracrvenog izlaza lasera, prvi korak je odabir odgovarajućeg materijala matrice vlakana. U laserima s vlaknima blizu infracrvenog zračenja, matrica od kvarcnog stakla je najčešći materijal za matricu vlakana s vrlo niskim gubitkom prijenosa, pouzdanom mehaničkom čvrstoćom i izvrsnom stabilnošću. Međutim, zbog visoke energije fonona (1150 cm-1), kvarcno vlakno se ne može koristiti za srednje infracrveni laserski prijenos. Kako bismo postigli niske gubitke prijenosa srednjeg infracrvenog lasera, moramo ponovno odabrati druge materijale matrice vlakana s nižom energijom fonona, kao što je matrica sulfidnog stakla ili matrica fluoridnog stakla. Sulfidno vlakno ima najnižu fononsku energiju (oko 350 cm-1), ali ima problem što se koncentracija dopinga ne može povećati, tako da nije prikladno za korištenje kao vlakno za pojačanje za generiranje srednjeg infracrvenog lasera. Iako supstrat od fluoridnog stakla ima nešto veću energiju fonona (550 cm-1) od supstrata od sulfidnog stakla, također može postići prijenos niskih gubitaka za srednje infracrvene lasere s valnim duljinama manjim od 4 μm. Što je još važnije, supstrat od fluoridnog stakla može postići visoku koncentraciju dopinga iona rijetke zemlje, što može osigurati pojačanje potrebno za generiranje srednjeg infracrvenog lasera, na primjer, najrazvijenije fluoridno ZBLAN vlakno za Er3+ uspjelo je postići koncentraciju dopinga od do 10 mol. Stoga je matrica od fluoridnog stakla najprikladniji vlaknasti matrični materijal za srednje infracrvene vlaknaste lasere.

Nedavno je tim profesora Ruan Shuangchena i profesora Guo Chunyu sa Sveučilišta Shenzhen razvio femtosekundu velike snagepulsni vlaknasti lasersastoji se od oscilatora Er:ZBLAN vlakna s zaključanim modom od 2,8 μm, predpojačala s jednomodnim vlaknom Er:ZBLAN i glavnog pojačala s vlaknom velikog moda Er:ZBLAN vlakna.
Na temelju teorije samokompresije i pojačanja srednjeg infracrvenog ultrakratkog pulsa kontroliranog stanjem polarizacije i rada naše istraživačke grupe na numeričkoj simulaciji, u kombinaciji s metodama nelinearne supresije i kontrole moda optičkih vlakana velikog moda, aktivnom tehnologijom hlađenja i pojačanjem Struktura dvostruke pumpe, sustav dobiva 2,8 μm izlaz ultrakratkog impulsa s prosječnom snagom od 8,12 W i širinom impulsa od 148 fs. Dodatno je osvježen međunarodni rekord najveće prosječne snage koju je postigla ova istraživačka skupina.

Slika 1 Dijagram strukture Er:ZBLAN vlaknastog lasera baziranog na MOPA strukturi
Strukturafemtosekundni lasersustav prikazan je na slici 1. Jednomodno dvostruko presvučeno Er:ZBLAN vlakno duljine 3,1 m korišteno je kao vlakno pojačanja u pretpojačalu s koncentracijom dopinga od 7 mol.% i promjerom jezgre od 15 μm (NA = 0,12). U glavnom pojačalu, dvostruko presvučeno Er:ZBLAN vlakno velikog modnog polja duljine 4 m korišteno je kao vlakno pojačanja s koncentracijom dopinga od 6 mol.% i promjerom jezgre od 30 μm (NA = 0,12). Veći promjer jezgre čini vlakno pojačanja nižim nelinearnim koeficijentom i može izdržati veću vršnu snagu i izlazni impuls veće energije impulsa. Oba kraja vlakna za pojačanje spojena su s AlF3 priključkom.