Επανάσταση! Το λέιζερ οπτικών ινών μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας femtosecond, με την υψηλότερη ισχύ στον κόσμο, 3 μm

Επανάσταση! Η υψηλότερης ισχύος μέση υπέρυθρη ακτινοβολία 3 μm στον κόσμοφεμτοδευτερολέπτου λέιζερ οπτικών ινών

Λέιζερ ινώνΓια να επιτευχθεί έξοδος λέιζερ μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας, το πρώτο βήμα είναι η επιλογή του κατάλληλου υλικού μήτρας ινών. Στα λέιζερ ινών εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας, η μήτρα από γυαλί χαλαζία είναι το πιο συνηθισμένο υλικό μήτρας ινών με πολύ χαμηλή απώλεια μετάδοσης, αξιόπιστη μηχανική αντοχή και εξαιρετική σταθερότητα. Ωστόσο, λόγω της υψηλής ενέργειας φωνών (1150 cm-1), οι ίνες χαλαζία δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μετάδοση λέιζερ μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Για να επιτευχθεί μετάδοση χαμηλής απώλειας λέιζερ μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας, πρέπει να επιλέξουμε ξανά άλλα υλικά μήτρας ινών με χαμηλότερη ενέργεια φωνών, όπως μήτρα σουλφιδικού γυαλιού ή μήτρα φθοριούχου γυαλιού. Οι ίνες θείου έχουν τη χαμηλότερη ενέργεια φωνών (περίπου 350 cm-1), αλλά έχουν το πρόβλημα ότι η συγκέντρωση πρόσμιξης δεν μπορεί να αυξηθεί, επομένως δεν είναι κατάλληλες για χρήση ως ίνα κέρδους για την παραγωγή λέιζερ μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Αν και το υπόστρωμα φθοριούχου γυαλιού έχει ελαφρώς υψηλότερη ενέργεια φωνών (550 cm-1) από το υπόστρωμα σουλφιδικού γυαλιού, μπορεί επίσης να επιτύχει μετάδοση χαμηλής απώλειας για λέιζερ μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας με μήκη κύματος μικρότερα από 4 μm. Το πιο σημαντικό είναι ότι το υπόστρωμα φθοριούχου γυαλιού μπορεί να επιτύχει υψηλή συγκέντρωση πρόσμιξης ιόντων σπάνιων γαιών, η οποία μπορεί να παρέχει το κέρδος που απαιτείται για την παραγωγή λέιζερ μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Για παράδειγμα, η πιο ώριμη ίνα ZBLAN φθορίου για Er3+ μπόρεσε να επιτύχει συγκέντρωση πρόσμιξης έως και 10 mol. Επομένως, η μήτρα φθοριούχου γυαλιού είναι το καταλληλότερο υλικό μήτρας ινών για λέιζερ ινών μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Πρόσφατα, η ομάδα του καθηγητή Ruan Shuangchen και του καθηγητή Guo Chunyu στο Πανεπιστήμιο Shenzhen ανέπτυξε ένα femtosecond υψηλής ισχύος.λέιζερ παλμικών ινώνΑποτελείται από ταλαντωτή οπτικής ίνας Er:ZBLAN με κλειδωμένη λειτουργία 2,8 μm, προενισχυτή οπτικής ίνας Er:ZBLAN μονής λειτουργίας και κύριο ενισχυτή οπτικής ίνας Er:ZBLAN μεγάλου πεδίου.
Με βάση τη θεωρία αυτοσυμπίεσης και ενίσχυσης του εξαιρετικά βραχέος παλμού μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας που ελέγχεται από την κατάσταση πόλωσης και την αριθμητική προσομοίωση της ερευνητικής μας ομάδας, σε συνδυασμό με μεθόδους μη γραμμικής καταστολής και ελέγχου τρόπου λειτουργίας οπτικών ινών μεγάλης λειτουργίας, τεχνολογία ενεργού ψύξης και δομή ενίσχυσης αντλίας διπλού άκρου, το σύστημα επιτυγχάνει έξοδο εξαιρετικά βραχέος παλμού 2,8μm με μέση ισχύ 8,12W 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 του λέιζερ ινών Er:ZBLAN με βάση τη δομή MOPA
Η δομή τουφεμτοδευτερολέπτου λέιζερΤο σύστημα φαίνεται στο Σχήμα 1. Η μονοτροπική ίνα Er:ZBLAN με διπλή επένδυση μήκους 3,1 m χρησιμοποιήθηκε ως ίνα κέρδους στον προενισχυτή με συγκέντρωση πρόσμιξης 7 mol.% και διάμετρο πυρήνα 15 μm (NA = 0,12). Στον κύριο ενισχυτή, μια διπλή επένδυση ίνα Er:ZBLAN μεγάλου πεδίου τρόπου με μήκος 4 m χρησιμοποιήθηκε ως ίνα κέρδους με συγκέντρωση πρόσμιξης 6 mol.% και διάμετρο πυρήνα 30 μm (NA = 0,12). Η μεγαλύτερη διάμετρος πυρήνα κάνει την ίνα κέρδους να έχει χαμηλότερο μη γραμμικό συντελεστή και να μπορεί να αντέξει υψηλότερη μέγιστη ισχύ και έξοδο παλμού μεγαλύτερης ενέργειας παλμού. Και τα δύο άκρα της ίνας κέρδους είναι συντηγμένα στο καπάκι του ακροδέκτη AlF3.