Прорыв! Самый мощный в мире фемтосекундный волоконный лазер среднего инфракрасного диапазона с длиной волны 3 мкм.

Прорыв! Самый мощный в мире среднеинфракрасный источник излучения на длине волны 3 мкм.фемтосекундный волоконный лазер

Волоконный лазерДля получения лазерного излучения в среднем инфракрасном диапазоне первым шагом является выбор подходящего материала волоконной матрицы. В волоконных лазерах ближнего инфракрасного диапазона наиболее распространенным материалом волоконной матрицы является кварцевое стекло, обладающее очень низкими потерями при передаче, надежной механической прочностью и превосходной стабильностью. Однако из-за высокой энергии фононов (1150 см⁻¹) кварцевое волокно не может использоваться для передачи излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Для достижения низких потерь при передаче излучения в среднем инфракрасном диапазоне необходимо пересмотреть выбор материалов волоконной матрицы, используя более низкую энергию фононов, например, сульфидное или фторидное стекло. Сульфидное волокно имеет самую низкую энергию фононов (около 350 см⁻¹), но у него есть проблема с невозможностью увеличения концентрации легирования, поэтому оно не подходит для использования в качестве усиливающего волокна для генерации лазерного излучения в среднем инфракрасном диапазоне. Хотя фторидное стекло имеет несколько более высокую энергию фононов (550 см⁻¹) по сравнению с сульфидным стеклом, оно также позволяет достичь низких потерь при передаче сигнала для среднеинфракрасных лазеров с длиной волны менее 4 мкм. Что еще более важно, фторидное стекло позволяет достичь высокой концентрации легирования ионами редкоземельных элементов, что обеспечивает усиление, необходимое для генерации среднеинфракрасного лазерного излучения. Например, в наиболее разработанном фторидном волокне ZBLAN для Er³⁺ достигнута концентрация легирования до 10 моль. Поэтому фторидная стеклянная матрица является наиболее подходящим материалом для волоконных лазеров среднего инфракрасного диапазона.

Недавно группа профессоров Жуань Шуанчэня и Го Чуньюй из Шэньчжэньского университета разработала мощный фемтосекундный генератор.импульсный волоконный лазерсостоит из волоконного генератора Er:ZBLAN с синхронизацией мод на длине волны 2,8 мкм, волоконного предусилителя Er:ZBLAN для одномодового излучения и волоконного основного усилителя Er:ZBLAN для излучения с большим полем моды.
На основе теории самосжатия и усиления среднеинфракрасных сверхкоротких импульсов, управляемых состоянием поляризации, и результатов численного моделирования, проведенного нашей исследовательской группой, в сочетании с методами нелинейного подавления и управления модами в оптическом волокне с большими модами, технологией активного охлаждения и структурой усиления двухстороннего насоса, система обеспечивает выходной сигнал сверхкороткого импульса на длине волны 2,8 мкм со средней мощностью 8,12 Вт и длительностью импульса 148 фс. Таким образом, был обновлен международный рекорд по максимальной средней мощности, достигнутый данной исследовательской группой.

Рисунок 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 двухслойное волокно Er:ZBLAN 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 двухслойное волокно Er:ZBLAN с большим модовым полем длиной 4 м с концентрацией легирования 6 мол.% и диаметром сердцевины 30 мкм (NA = 0,12). Больший диаметр сердцевины обеспечивает более низкий нелинейный коэффициент усиливающего волокна и позволяет ему выдерживать более высокую пиковую мощность и импульсную мощность большей энергии. Оба конца усиливающего волокна припаяны к клеммной крышке из AlF3.