Высокомощный фемтосекундныйлазерОбладает большой прикладной ценностью в научных исследованиях и промышленных областях, таких как генерация терагерцового излучения, генерация аттосекундных импульсов и оптические частотные гребенки.Лазеры с синхронизацией модуляИспользование традиционных блочных усилителей ограничено эффектом тепловой линзы при высокой мощности, и в настоящее время максимальная выходная мощность составляет около 20 Вт.
Тонкопленочный лазер использует многопроходную структуру накачки для отраженияподсветка насосаДля высокоэффективного поглощения накачки используется тонкая активная среда толщиной 100 микрон. Чрезвычайно тонкая активная среда в сочетании с технологией обратного охлаждения значительно снижает влияние эффекта тепловой линзы и нелинейного эффекта, что позволяет получать фемтосекундные импульсы большей мощности.
Использование пластинчатых генераторов в сочетании с технологией синхронизации мод с помощью линз Керра является основным средством получения лазерного излучения высокой средней мощности с длительностью импульса порядка фемтосекунд.
Рис. 1 (а) Схема оптической структуры 72 и (б) физическая схема модуля накачки
Группа исследователей из Китайской академии наук разработала и создала лазер с синхронизацией мод и использованием линзы Керра на основе разработанного ими 72-канального модуля накачки, и создала лазер с синхронизацией мод и использованием линзы Керра, обладающий самой высокой средней мощностью и энергией одиночного импульса в Китае.
Основываясь на принципе синхронизации мод с помощью линзы Керра и итеративном вычислении матрицы ABCD, исследовательская группа сначала проанализировала теорию синхронизации мод тонкопластинчатого лазера с синхронизацией мод и линзой Керра, смоделировала изменения мод в резонаторе во время работы в режиме синхронизации мод и в непрерывном режиме работы и подтвердила, что радиус моды резонатора на жесткой диафрагме уменьшится более чем на 7% после синхронизации мод.
Впоследствии, руководствуясь принципом проектирования, исследовательская группа разработала и создала резонатор с синхронизацией мод на основе линзы Керра (рис. 2) с использованием разработанного ею 72-канального модуля накачки (рис. 1) и получила импульсный лазерный выход со средней мощностью 11,78 Вт, длительностью импульса 245 фс и энергией одиночного импульса 0,14 мкДж при времени накачки 72 Вт. Длительность выходного импульса и изменение внутрирезонаторной моды хорошо согласуются с результатами моделирования.
Рис. 2. Схема резонансной полости лазера на основе пластины Yb:YAG с синхронизацией мод с помощью линзы Керра, использованного в эксперименте.
Для повышения выходной мощности лазера исследовательская группа увеличила радиус кривизны фокусирующего зеркала, а также точно настроила толщину среды Керра и дисперсию второго порядка. При мощности накачки 94 Вт средняя выходная мощность увеличилась до 22,33 Вт, ширина импульса составила 394 фс, а энергия одиночного импульса — 0,28 мкДж.
Для дальнейшего увеличения выходной мощности исследовательская группа увеличит радиус кривизны пары фокусирующих вогнутых зеркал, а также разместит резонатор в замкнутом пространстве с низким вакуумом, чтобы уменьшить влияние воздушных возмущений и рассеивания воздуха.
Дата публикации: 15 августа 2023 г.