Прорыв! Самая мощная в мире 3 мкм средняя инфракрасная область спектрафемтосекундный волоконный лазер
Волоконный лазердля достижения выхода лазера в среднем инфракрасном диапазоне первым шагом является выбор подходящего материала матрицы волокна. В волоконных лазерах ближнего инфракрасного диапазона матрица из кварцевого стекла является наиболее распространенным материалом матрицы волокна с 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 лазера в среднем инфракрасном диапазоне. Чтобы добиться низких потерь при передаче лазера в среднем инфракрасном диапазоне, нам необходимо повторно выбрать другие материалы матрицы волокна 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, заключающаяся в том, что концентрация легирования не может быть увеличена, поэтому оно не подходит для использования в качестве усиливающего волокна для генерации лазера в среднем инфракрасном диапазоне. Хотя подложка из фторидного стекла имеет немного 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 обеспечить высокую концентрацию легирования редкоземельными ионами, что может обеспечить усиление, необходимое для генерации лазера среднего инфракрасного диапазона, например, наиболее зрелое волокно ZBLAN из фторидного стекла для Er3+ смогло достичь концентрации легирования до 10 моль. Таким образом, матрица из фторидного стекла является наиболее подходящим материалом для волоконных лазеров среднего инфракрасного диапазона.
Недавно группа профессоров Жуань Шуанчэня и Го Чуньюй из Шэньчжэньского университета разработала мощный фемтосекундныйимпульсный волоконный лазерСостоит из 2,8-мкм волоконного генератора Er:ZBLAN с синхронизацией мод, одномодового волоконного предусилителя Er:ZBLAN и главного волоконного усилителя Er:ZBLAN с большим полем мод.
На основе теории самосжатия и усиления ультракороткого импульса среднего инфракрасного диапазона, контролируемого состоянием поляризации, и численного моделирования нашей исследовательской группы, в сочетании с нелинейными методами подавления и управления модами крупномодового оптического волокна, технологией активного охлаждения и структурой усиления двухсторонней накачки, система получает выходной ультракороткий импульс 2,8 мкм со средней мощностью 8,12 Вт и шириной импульса 148 фс. Международный рекорд самой высокой средней мощности, достигнутый этой исследовательской группой, был дополнительно обновлен.
Рисунок 1. Структурная схема волоконного лазера Er:ZBLAN на основе структуры MOPA
Структурафемтосекундный лазерСистема показана на рисунке 1. Одномодовое двухоболочковое волокно Er:ZBLAN длиной 3,1 м использовалось в качестве усиливающего волокна в предусилителе с концентрацией легирования 7 мол.% и диаметром сердцевины 15 мкм (NA = 0,12). В основном усилителе двухоболочковое крупномодовое поле волокна Er:ZBLAN длиной 4 м использовалось в качестве усиливающего волокна с концентрацией легирования 6 мол.% и диаметром сердцевины 30 мкм (NA = 0,12). Больший диаметр сердцевины позволяет усилительному волокну иметь более низкий нелинейный коэффициент и выдерживать более высокую пиковую мощность и импульсный выход большей энергии импульса. Оба конца усиливающего волокна припаяны к концевому колпачку из AlF3.
Время публикации: 19 февр. 2024 г.