Прорыв! Самый высокий в мире средний инфракрасный диапазон мощности 3 мкмфемтосекундный волоконный лазер
Волоконный лазерДля достижения мощности лазера среднего инфракрасного диапазона первым шагом является выбор подходящего материала матрицы волокна. В волоконных лазерах ближнего инфракрасного диапазона матрица из кварцевого стекла является наиболее распространенным материалом волоконной матрицы с очень низкими потерями при передаче, надежной механической прочностью и превосходной стабильностью. Однако из-за высокой энергии фононов (1150 см-1) кварцевое волокно нельзя использовать для передачи лазера среднего инфракрасного диапазона. Чтобы добиться передачи с низкими потерями для лазера среднего инфракрасного диапазона, нам необходимо повторно выбрать другие материалы волоконной матрицы с более низкой энергией фононов, такие как матрица из сульфидного стекла или матрица из фторидного стекла. Сульфидное волокно имеет самую низкую энергию фононов (около 350 см-1), но у него есть проблема: концентрацию легирования невозможно увеличить, поэтому оно не подходит для использования в качестве усиливающего волокна для генерации лазера среднего инфракрасного диапазона. Хотя подложка из фторидного стекла имеет несколько более высокую энергию фононов (550 см-1), чем подложка из сульфидного стекла, она также может обеспечить передачу с низкими потерями для лазеров среднего инфракрасного диапазона с длиной волны менее 4 мкм. Что еще более важно, подложка из фторидного стекла может достигать высокой концентрации легирования редкоземельными ионами, что может обеспечить усиление, необходимое для генерации лазера среднего инфракрасного диапазона, например, наиболее развитое фторидное волокно ZBLAN для Er3+ смогло достичь концентрации легирования до 10 мол. Таким образом, матрица из фторидного стекла является наиболее подходящим матричным материалом для волоконных лазеров среднего инфракрасного диапазона.
Недавно команда профессора Руань Шуанчэня и профессора Го Чунюя из Шэньчжэньского университета разработала мощный фемтосекундный прибор.импульсный волоконный лазерСостоит из оптоволоконного генератора Er:ZBLAN с синхронизацией мод 2,8 мкм, одномодового оптоволоконного предусилителя Er:ZBLAN и основного оптоволоконного усилителя Er:ZBLAN с большой модой.
На основе теории самосжатия и усиления ультракоротких импульсов среднего инфракрасного диапазона, контролируемых состоянием поляризации, и работы нашей исследовательской группы по численному моделированию в сочетании с методами нелинейного подавления и управления режимами широкомодового оптического волокна, технологией активного охлаждения и усиления. Благодаря структуре двухстороннего насоса система получает ультракороткие импульсы диаметром 2,8 мкм со средней мощностью 8,12 Вт и длительностью импульса 148 фс. Международный рекорд самой высокой средней мощности, достигнутый этой исследовательской группой, был обновлен.
Рис. 1. Структурная схема волоконного лазера Er:ZBLAN на основе структуры MOPA.
Структурафемтосекундный лазерСистема показана на рисунке 1. В качестве усиливающего волокна в предусилителе использовалось одномодовое волокно Er:ZBLAN с двойной оболочкой длиной 3,1 м с концентрацией легирования 7 мол.% и диаметром сердцевины 15 мкм (NA = 0,12). В основном усилителе в качестве усиливающего волокна использовалось волокно Er:ZBLAN с большим модовым полем с двойной оболочкой длиной 4 м с концентрацией легирования 6 мол.% и диаметром сердцевины 30 мкм (NA = 0,12). Больший диаметр сердцевины приводит к тому, что усиливающее волокно имеет более низкий коэффициент нелинейности и может выдерживать более высокую пиковую мощность и импульсный выходной сигнал с большей энергией импульса. Оба конца усиливающего волокна приварены к клеммной колодке AlF3.
Время публикации: 19 февраля 2024 г.