Läbimurre! Maailma suurima võimsusega 3 μm keskmise infrapuna femtosekundi kiudlaser

Läbimurre! Maailma suurim võimsusega 3 μm keskmine infrapunafemtosekundiline kiudlaser

Kiudlaserkeskmise infrapuna laserväljundi saavutamiseks on esimene samm sobiva kiudmaatriksi materjali valimine. Lähis-infrapunakiudlaserites on kvartsklaasist maatriks kõige levinum kiudmaatriksmaterjal, millel on väga väike ülekandekadu, usaldusväärne mehaaniline tugevus ja suurepärane stabiilsus. Kõrge fononenergia (1150 cm-1) tõttu ei saa kvartskiudu siiski kasutada keskmise infrapuna laseri edastamiseks. Keskmise infrapuna laseri väikese kadu ülekande saavutamiseks peame uuesti valima teised madalama fononenergiaga kiudmaatriksi materjalid, nagu sulfiidklaasmaatriks või fluoriidklaasmaatriks. Sulfiidkiud on madalaima fononenergiaga (umbes 350 cm-1), kuid selle probleemiks on see, et dopingu kontsentratsiooni ei saa suurendada, mistõttu see ei sobi kasutamiseks võimenduskiuna keskmise infrapuna laseri genereerimiseks. Kuigi fluoriidklaasist substraadil on pisut kõrgem fononenergia (550 cm-1) kui sulfiidklaasist substraadil, võib see saavutada ka väikese kadudega ülekande keskmise infrapuna laserite puhul, mille lainepikkus on alla 4 μm. Veelgi olulisem on see, et fluoriidklaasist substraat suudab saavutada kõrge haruldaste muldmetallide ioonide dopingu kontsentratsiooni, mis võib tagada keskmise infrapuna laseri genereerimiseks vajaliku võimenduse, näiteks on Er3+ jaoks kõige küpsem fluoriid-ZBLAN-kiud suutnud saavutada dopingu kontsentratsiooni kuni 10 mol. Seetõttu on fluoriidklaasmaatriks kõige sobivam kiudmaatriksmaterjal keskmise infrapunakiudlaserite jaoks.

Hiljuti töötas Shenzheni ülikooli professor Ruan Shuangcheni ja professor Guo Chunyu meeskond välja suure võimsusega femtosekundi.impulsskiudlaserkoosneb 2,8 μm režiimilukuga Er:ZBLAN-kiudostsillaatorist, ühemoodilisest Er:ZBLAN-kiud-eelvõimendist ja suure režiimiga väljast Er:ZBLAN-kiud põhivõimendist.
Põhineb meie uurimisrühma polarisatsiooni olekuga juhitava keskmise infrapuna ülilühikese impulsi isesurumise ja võimenduse teoorial ning meie uurimisrühma arvulisel simulatsioonitööl kombineerituna suure režiimiga optilise kiu mittelineaarse summutamise ja režiimi juhtimise meetoditega, aktiivjahutustehnoloogia ja võimendusega. Kahe otsaga pumba struktuur, süsteem saab 2,8 μm ülilühikese impulsi keskmise võimsusega 8,12 W ja impulsi laius 148 fs. Selle uurimisrühma saavutatud kõrgeima keskmise võimsuse rahvusvahelist rekordit värskendati veelgi.

Joonis 1 MOPA struktuuril põhineva Er:ZBLAN kiudlaseri struktuuriskeem
Struktuurfemtosekundiline lasersüsteem on näidatud joonisel 1. Ühemoodilist topeltkattega Er:ZBLAN kiudu pikkusega 3,1 m kasutati eelvõimendi võimenduskiuna dopingukontsentratsiooniga 7 mol% ja südamiku läbimõõduga 15 μm (NA = 0,12). Peavõimendis kasutati võimenduskiuduna kahekordse kattekihiga suure režiimi välja Er:ZBLAN kiudu pikkusega 4 m, dopingukontsentratsiooniga 6 mol% ja südamiku läbimõõduga 30 μm (NA = 0,12). Suurema südamiku läbimõõdu tõttu on võimenduskiul madalam mittelineaarne koefitsient ja see suudab taluda suuremat tippvõimsust ja suurema impulsienergia impulsi väljundit. Võimenduskiu mõlemad otsad on sulandatud AlF3 klemmi korgiga.