Ρήγμα! Το υψηλότερης ισχύος λέιζερ 3 μm μεσαίας υπέρυθρης ίνας femtosecond στον κόσμο

Ρήγμα! Η υψηλότερη ισχύς στον κόσμο 3 μm μεσαίο υπέρυθρολέιζερ ινών femtosecond

Λέιζερ ινώνγια να επιτευχθεί έξοδος λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας, το πρώτο βήμα είναι να επιλέξετε το κατάλληλο υλικό μήτρας ινών. Στα λέιζερ με σχεδόν υπέρυθρες ίνες, η μήτρα από γυαλί χαλαζία είναι το πιο κοινό υλικό μήτρας ινών με πολύ χαμηλή απώλεια μετάδοσης, αξιόπιστη μηχανική αντοχή και εξαιρετική σταθερότητα. Ωστόσο, λόγω της υψηλής ενέργειας φωνονίων (1150 cm-1), η ίνα χαλαζία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μετάδοση λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας. Για να επιτύχουμε μετάδοση χαμηλών απωλειών λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας, πρέπει να επιλέξουμε ξανά άλλα υλικά μήτρας ινών με χαμηλότερη ενέργεια φωνονίων, όπως θειούχο γυάλινη μήτρα ή μήτρα φθοριούχου γυαλιού. Η σουλφιδική ίνα έχει τη χαμηλότερη ενέργεια φωνονίων (περίπου 350 cm-1), αλλά έχει το πρόβλημα ότι η συγκέντρωση ντόπινγκ δεν μπορεί να αυξηθεί, επομένως δεν είναι κατάλληλη για χρήση ως ίνα απολαβής για τη δημιουργία λέιζερ μεσαίου υπέρυθρου. Αν και το υπόστρωμα φθοριούχου γυαλιού έχει ελαφρώς υψηλότερη ενέργεια φωνονίων (550 cm-1) από το υπόστρωμα θειούχου γυαλιού, μπορεί επίσης να επιτύχει μετάδοση χαμηλών απωλειών για λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας με μήκη κύματος μικρότερα από 4 μm. Το πιο σημαντικό, το υπόστρωμα φθοριούχου γυαλιού μπορεί να επιτύχει υψηλή συγκέντρωση ντόπινγκ ιόντων σπανίων γαιών, η οποία μπορεί να προσφέρει το κέρδος που απαιτείται για τη δημιουργία λέιζερ μεσαίου υπέρυθρου, για παράδειγμα, η πιο ώριμη ίνα ZBLAN φθορίου για Er3+ κατάφερε να επιτύχει συγκέντρωση ντόπινγκ έως 10 mol. Επομένως, η μήτρα από γυαλί φθορίου είναι το καταλληλότερο υλικό μήτρας ινών για λέιζερ με μεσαίες υπέρυθρες ίνες.

Πρόσφατα, η ομάδα του καθηγητή Ruan Shuangchen και του καθηγητή Guo Chunyu στο Πανεπιστήμιο Shenzhen ανέπτυξε ένα femtosecond υψηλής ισχύοςλέιζερ παλμικών ινώνΑποτελείται από ταλαντωτή ινών Er:ZBLAN με κλειδωμένη λειτουργία 2,8μm, προενισχυτή ίνας Er:ZBLAN μονής λειτουργίας και κύριο ενισχυτή ίνας Er:ZBLAN πεδίου μεγάλης λειτουργίας.
Βασισμένο στη θεωρία αυτοσυμπίεσης και ενίσχυσης υπερμικρού παλμού μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας που ελέγχεται από κατάσταση πόλωσης και αριθμητική προσομοίωση της ερευνητικής μας ομάδας, σε συνδυασμό με μεθόδους μη γραμμικής καταστολής και ελέγχου λειτουργίας οπτικής ίνας μεγάλης λειτουργίας, τεχνολογία ενεργού ψύξης και ενίσχυσης δομή της αντλίας διπλού άκρου, το σύστημα αποκτά 2,8μm εξαιρετικά βραχυπρόθεσμη έξοδο παλμού με μέση ισχύ 8,12 W και πλάτος παλμού 148 fs. Το διεθνές ρεκόρ της υψηλότερης μέσης ισχύος που επιτεύχθηκε από αυτήν την ερευνητική ομάδα ανανεώθηκε περαιτέρω.

Σχήμα 1 Διάγραμμα δομής λέιζερ ινών Er:ZBLAN με βάση τη δομή MOPA
Η δομή τουλέιζερ femtosecondΤο σύστημα φαίνεται στο σχήμα 1. Η ίνα διπλής επένδυσης Er:ZBLAN μονής λειτουργίας μήκους 3,1 m χρησιμοποιήθηκε ως ίνα απολαβής στον προενισχυτή με συγκέντρωση ντόπινγκ 7 mol.% και διάμετρο πυρήνα 15 μm (NA = 0,12). Στον κύριο ενισχυτή, μια διπλή επένδυση μεγάλου πεδίου ίνα Er:ZBLAN με μήκος 4 m χρησιμοποιήθηκε ως ίνα απολαβής με συγκέντρωση ντόπινγκ 6 mol.% και διάμετρο πυρήνα 30 μm (NA = 0,12). Η μεγαλύτερη διάμετρος πυρήνα κάνει την ίνα απολαβής να έχει χαμηλότερο μη γραμμικό συντελεστή και μπορεί να αντέξει υψηλότερη ισχύ αιχμής και παλμική έξοδο μεγαλύτερης ενέργειας παλμού. Και τα δύο άκρα της ίνας απολαβής συντήκονται στο πώμα ακροδεκτών AlF3.