Высокая мощность фемтосекундылазеримеет большое прикладное значение в научных исследованиях и промышленных областях, таких как генерация терагерцового излучения, генерация аттосекундных импульсов и оптическая частотная гребенка.Мод-синхронизированные лазерыоснованные на традиционных блочных усилительных средах, ограничены эффектом термолинзы при высокой мощности, и в настоящее время максимальная выходная мощность составляет около 20 Вт.
Тонкий листовой лазер использует многопроходную структуру накачки для отражениясвет насосак листовой среде усиления толщиной 100 микрон для высокоэффективного поглощения накачки. Чрезвычайно тонкая среда усиления в сочетании с технологией обратного охлаждения значительно снижает влияние эффекта тепловой линзы и нелинейного эффекта и может достигать более мощного фемтосекундного импульсного выхода.
Генераторы на пластинах в сочетании с технологией синхронизации мод на основе линз Керра являются основным средством получения лазерного излучения с высокой средней мощностью и длительностью импульса порядка фемтосекунды.
ФИГ. 1 (а) 72 оптическая структурная схема и (б) физическая схема модуля насоса
Группа исследователей из Китайской академии наук спроектировала и построила листовой лазер с линзой Керра и синхронизацией мод на основе разработанного ею 72-канального модуля накачки, а также разработала листовой лазер с линзой Керра и синхронизацией мод с самой высокой средней мощностью и энергией единичного импульса в Китае.
Основываясь на принципе синхронизации мод линзы Керра и итеративном расчете матрицы ABCD, исследовательская группа сначала проанализировала теорию синхронизации мод лазера с тонкой пластиной линзы Керра, смоделировала изменения мод в резонаторе во время синхронизации мод и непрерывной работы и подтвердила, что радиус моды полости на жесткой диафрагме уменьшится более чем на 7% после синхронизации мод.
Затем, руководствуясь принципом конструкции, исследовательская группа спроектировала и построила резонатор с синхронизированными модами на основе линзы Керра (РИС. 2) на основе 72-канального модуля накачки (РИС. 1), независимо разработанного группой, и получила импульсный лазерный выход со средней мощностью 11,78 Вт, шириной импульса 245 фс и энергией единичного импульса 0,14 мкДж при времени накачки 72 Вт. Ширина выходного импульса и изменение внутрирезонаторной моды хорошо согласуются с результатами моделирования.
ФИГ. 2. Схематическая диаграмма резонансной полости лазера на пластине Yb:YAG с линзой Керра и синхронизацией мод, используемого в эксперименте.
Для улучшения выходной мощности лазера исследовательская группа увеличила радиус кривизны фокусирующего зеркала и точно настроила толщину среды Керра и дисперсию второго порядка. Когда мощность накачки была установлена на уровне 94 Вт, средняя выходная мощность увеличилась до 22,33 Вт, а ширина импульса составила 394 фс, а энергия единичного импульса — 0,28 мкДж.
Для дальнейшего увеличения выходной мощности исследовательская группа дополнительно увеличит радиус кривизны сфокусированной вогнутой пары зеркал, при этом поместив резонатор в закрытую среду с низким вакуумом, чтобы уменьшить влияние возмущений воздуха и дисперсии воздуха.
Время публикации: 15-авг-2023