Υψηλής ισχύος φεμτοδευτερολέπτολέιζερέχει μεγάλη αξία εφαρμογής στην επιστημονική έρευνα και σε βιομηχανικούς τομείς όπως η παραγωγή terahertz, η παραγωγή παλμών attosecond και η οπτική χτένα συχνότητας.Λέιζερ με κλειδαριά ModΤα συστήματα που βασίζονται σε παραδοσιακά μέσα block-gain περιορίζονται από το φαινόμενο θερμικού εστιασμού σε υψηλή ισχύ και προς το παρόν η μέγιστη ισχύς εξόδου είναι περίπου 20 W.
Το λεπτό λέιζερ φύλλου χρησιμοποιεί δομή αντλίας πολλαπλών περασμάτων για να αντανακλά τοφως αντλίαςστο μέσο κέρδους φύλλου με πάχος 100 μικρά για απορρόφηση αντλίας υψηλής απόδοσης. Το εξαιρετικά λεπτό μέσο κέρδους σε συνδυασμό με την τεχνολογία αντίστροφης ψύξης μειώνει σημαντικά την επίδραση του φαινομένου θερμικού φακού και του μη γραμμικού φαινομένου και μπορεί να επιτύχει υψηλότερη ισχύ εξόδου παλμού femtosecond.
Οι ταλαντωτές πλακιδίων σε συνδυασμό με την τεχνολογία κλειδώματος λειτουργίας φακού Kerr είναι το κύριο μέσο για την επίτευξη υψηλής μέσης ισχύος εξόδου λέιζερ με πλάτος παλμού της τάξης των femtosecond.
ΣΧ. 1 (α) διάγραμμα οπτικής δομής 72 και (β) φυσικό διάγραμμα της μονάδας αντλίας
Μια ομάδα ερευνητών από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών σχεδίασε και κατασκεύασε ένα λέιζερ φύλλου με κλειδωμένο τρόπο λειτουργίας φακού Kerr βασισμένο στην αυτοαναπτυγμένη μονάδα αντλίας 72 κατευθύνσεων και ανέπτυξε ένα λέιζερ φύλλου με κλειδωμένο τρόπο λειτουργίας φακού Kerr με την υψηλότερη μέση ισχύ και ενέργεια ενός παλμού στην Κίνα.
Με βάση την αρχή του κλειδώματος λειτουργίας του φακού Kerr και τον επαναληπτικό υπολογισμό του πίνακα ABCD, η ερευνητική ομάδα ανέλυσε πρώτα τη θεωρία κλειδώματος λειτουργίας του λέιζερ κλειδώματος λειτουργίας λεπτής πλάκας φακού Kerr, προσομοίωσε τις αλλαγές λειτουργίας στο αντηχείο κατά τη λειτουργία κλειδώματος λειτουργίας και τη συνεχή λειτουργία και επιβεβαίωσε ότι η ακτίνα λειτουργίας κοιλότητας στο σκληρό διάφραγμα θα μειωθεί κατά περισσότερο από 7% μετά το κλείδωμα λειτουργίας.
Στη συνέχεια, καθοδηγούμενη από την αρχή σχεδιασμού, η ερευνητική ομάδα σχεδίασε και κατασκεύασε έναν συντονιστή με κλειδωμένη λειτουργία φακού Kerr (ΣΧ. 2) βασισμένο στη μονάδα άντλησης 72 κατευθύνσεων (ΣΧ. 1) που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από την ομάδα, και έλαβε μια παλμική έξοδο λέιζερ με μέση ισχύ 11,78W, πλάτος παλμού 245 fs και ενέργεια ενός παλμού 0,14μJ σε χρόνο άντλησης 72 W. Το πλάτος του παλμού εξόδου και η μεταβολή της ενδοκοιλιακής λειτουργίας συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης.
ΣΧ. 2 Σχηματικό διάγραμμα της συντονισμένης κοιλότητας του λέιζερ wafer Yb:YAG με κλειδωμένη λειτουργία φακού Kerr που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα
Προκειμένου να βελτιωθεί η ισχύς εξόδου του λέιζερ, η ερευνητική ομάδα αύξησε την ακτίνα καμπυλότητας του κατόπτρου εστίασης και βελτίωσε το πάχος του μέσου Kerr και τη διασπορά δεύτερης τάξης. Όταν η ισχύς της αντλίας ρυθμίστηκε στα 94 W, η μέση ισχύς εξόδου αυξήθηκε στα 22,33 W, το πλάτος παλμού ήταν 394 fs και η ενέργεια ενός παλμού ήταν 0,28 μJ.
Για την περαιτέρω αύξηση της ισχύος εξόδου, η ερευνητική ομάδα θα αυξήσει περαιτέρω την ακτίνα καμπυλότητας του ζεύγους εστιασμένων κοίλων κατόπτρων, τοποθετώντας παράλληλα τον συντονιστή σε κλειστό περιβάλλον χαμηλού κενού για να μειώσει την επίδραση των διαταραχών του αέρα και της διασποράς του αέρα.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Αυγούστου 2023