Áttörés! A világ legnagyobb teljesítményű 3 μm-es közép-infravörös femtoszekundumos szálas lézere

Áttörés! A világ legnagyobb teljesítményű 3 μm-es közép-infravörös sugarafemtoszekundumos szálas lézer

Száloptikai lézerA közép-infravörös lézer teljesítményének eléréséhez az első lépés a megfelelő szálmátrix anyag kiválasztása. A közeli infravörös szállézereknél a kvarcüveg mátrix a leggyakoribb szálmátrix anyag, nagyon alacsony átviteli veszteséggel, megbízható mechanikai szilárdsággal és kiváló stabilitással. A magas fononenergia (1150 cm-1) miatt azonban a kvarcszál nem használható közép-infravörös lézer átvitelére. A közép-infravörös lézer alacsony veszteségű átvitelének eléréséhez más, alacsonyabb fononenergiájú szálmátrix anyagokat kell választanunk, például szulfidüveg mátrixot vagy fluoridüveg mátrixot. A szulfidszál rendelkezik a legalacsonyabb fononenergiával (kb. 350 cm-1), de problémája, hogy a doppingkoncentráció nem növelhető, ezért nem alkalmas erősítőszálként való felhasználásra közép-infravörös lézer előállítására. Bár a fluoridüveg hordozó valamivel magasabb fononenergiával (550 cm-1) rendelkezik, mint a szulfidüveg hordozó, alacsony veszteségű átvitelt érhet el a 4 μm-nél kisebb hullámhosszú közép-infravörös lézerek esetében is. Ennél is fontosabb, hogy a fluorid üveg hordozó magas ritkaföldfém ion adalékkoncentrációt érhet el, ami biztosítja a közép-infravörös lézer generálásához szükséges erősítést. Például az Er3+ esetében a legkiforrottabb fluorid ZBLAN szál akár 10 mol adalékkoncentrációt is elérhetett. Ezért a fluorid üveg mátrix a legmegfelelőbb szálmátrix anyag a közép-infravörös szálas lézerekhez.

Nemrégiben Ruan Shuangchen professzor és Guo Chunyu professzorok csapata a Shenzheni Egyetemen kifejlesztett egy nagy teljesítményű femtoszekundumos...impulzusszálas lézer2,8 μm-es móduskapcsolt Er:ZBLAN száloptikai oszcillátorból, egymódusú Er:ZBLAN száloptikai előerősítőből és nagymódusú terű Er:ZBLAN száloptikai főerősítőből áll.
Kutatócsoportunk polarizációs állapot által vezérelt közép-infravörös ultrarövid impulzusok önkompressziós és erősítési elméletére, valamint numerikus szimulációs munkájára építve, a nagymódusú optikai szálak nemlineáris elnyomási és módusszabályozási módszereivel, az aktív hűtési technológiával és a kétvégű pumpa erősítési struktúrájával kombinálva a rendszer 2,8 μm ultrarövid impulzus kimenetet biztosít 8,12 W átlagos teljesítménnyel és 148 fs impulzusszélességgel. A kutatócsoport által elért legmagasabb átlagos teljesítmény nemzetközi rekordját tovább frissítettük.

1. ábra Az Er:ZBLAN szálas lézer szerkezeti diagramja MOPA szerkezet alapján
A szerkezet afemtoszekundumos lézerAz 1. ábrán látható rendszer látható. Az előerősítőben erősítő szálként 3,1 m hosszú, egymódusú, kettős burkolású Er:ZBLAN szálat használtak, 7 mol% adalékkoncentrációval és 15 μm magátmérővel (NA = 0,12). A főerősítőben 4 m hosszú, kettős burkolású, nagymódusú terű Er:ZBLAN szálat használtak erősítő szálként, 6 mol% adalékkoncentrációval és 30 μm magátmérővel (NA = 0,12). A nagyobb magátmérő miatt az erősítő szál alacsonyabb nemlineáris együtthatóval rendelkezik, és nagyobb csúcsteljesítményt és nagyobb impulzusenergiájú impulzuskimenetet képes elviselni. Az erősítő szál mindkét vége az AlF3 csatlakozósapkához van hegesztve.