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

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

Vlaknasti laserZa postizanje laserskog izlaza u srednjem infracrvenom području, prvi korak je odabir odgovarajućeg materijala za matricu vlakana. Kod vlaknastih lasera bliskog infracrvenog područja, 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), kvarcna vlakna se ne mogu koristiti za prijenos lasera u srednjem infracrvenom području. Kako bismo postigli prijenos lasera u srednjem infracrvenom području s niskim gubitkom, moramo ponovno 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 prikladno za upotrebu kao vlakno za pojačanje za generiranje lasera u srednjem infracrvenom području. Iako fluoridna staklena podloga ima nešto veću energiju fonona (550 cm-1) od sulfidne staklene podloge, također može postići prijenos s niskim gubitkom za lasere u srednjem infracrvenom području s valnim duljinama 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 Sveučilišta Shenzhen razvio femtosekundni...pulsni vlaknasti lasersastavljen od 2,8 μm Er:ZBLAN optičkog oscilatora sa zaključanim modovima, jednomodnog Er:ZBLAN optičkog pretpojačala i glavnog Er:ZBLAN optičkog pojačala velikog polja.
Na temelju teorije samokompresije i pojačanja ultrakratkih impulsa srednjeg infracrvenog zračenja kontroliranih stanjem polarizacije i numeričke simulacije naše istraživačke grupe, u kombinaciji s nelinearnim metodama supresije i upravljanja modovima optičkih vlakana velikog moda, tehnologijom aktivnog hlađenja i strukturom pojačanja dvostruke pumpe, sustav postiže izlaz ultrakratkih impulsa od 2,8 μm s 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 temeljenog na MOPA strukturi
Strukturafemtosekundni laserSustav je prikazan na slici 1. U pretpojačalu je kao vlakno za pojačanje korišteno jednomodno dvostruko obloženo Er:ZBLAN vlakno duljine 3,1 m s koncentracijom dopiranja od 7 mol.% i promjerom jezgre od 15 μm (NA = 0,12). U glavnom pojačalu, kao vlakno za pojačanje korišteno je dvostruko obloženo Er:ZBLAN vlakno velikog polja moda duljine 4 m s koncentracijom dopiranja od 6 mol.% i promjerom jezgre od 30 μm (NA = 0,12). Veći promjer jezgre čini vlakno za pojačanje nižim nelinearnim koeficijentom i može podnijeti veću vršnu snagu i impulsni izlaz veće impulsne energije. Oba kraja vlakna za pojačanje spojena su na AlF3 terminalnu kapu.