Läbimurre! Maailma võimsaim 3 μm kesk-infrapunakiirgusfemtosekundiline kiudlaser
KiudlaserKesk-infrapunalaseri väljundvõimsuse saavutamiseks on esimene samm valida sobiv kiudmaatriksmaterjal. Lähi-infrapunakiudlaserites on kvartsklaasmaatriks kõige levinum kiudmaatriksmaterjal, millel on väga väike ülekandekao, usaldusväärne mehaaniline tugevus ja suurepärane stabiilsus. Kuid kõrge foononenergia (1150 cm-1) tõttu ei saa kvartskiudu kasutada kesk-infrapunalaseri ülekandeks. Kesk-infrapunalaseri väikese kadudega ülekande saavutamiseks peame valima teisi madalama foononenergiaga kiudmaatriksmaterjale, näiteks sulfiidklaasmaatriks või fluoriidklaasmaatriks. Sulfiidkiul on madalaim foononenergia (umbes 350 cm-1), kuid sellel on probleem, et dopeerimiskontsentratsiooni ei saa suurendada, seega ei sobi see kasutamiseks võimenduskiuna kesk-infrapunalaseri genereerimiseks. Kuigi fluoriidklaassubstraadil on veidi suurem foononenergia (550 cm-1) kui sulfiidklaassubstraadil, saab sellega saavutada ka väikese kadudega ülekande kesk-infrapunalaserite puhul lainepikkusega alla 4 μm. Veelgi olulisem on see, et fluoriidklaasalusmaterjal võimaldab saavutada haruldaste muldmetallide ioonide kõrge legeerimiskontsentratsiooni, mis tagab keskmise infrapunakiirguse laseri genereerimiseks vajaliku võimenduse. Näiteks on Er3+ jaoks kõige küpsem fluoriid-ZBLAN-kiud suutnud saavutada kuni 10 mooli legeerimiskontsentratsiooni. Seetõttu on fluoriidklaasmaatriks keskmise infrapunakiirguse kiudlaserite jaoks kõige sobivam kiudmaatriksmaterjal.
Hiljuti töötas Shenzheni ülikooli professorite Ruan Shuangcheni ja Guo Chunyu meeskond välja suure võimsusega femtosekundilise seadme.impulsskiudlaserKoosneb 2,8 μm moodilukustusega Er:ZBLAN kiudostsillaatorist, ühemoodilisest Er:ZBLAN kiud-eelvõimendist ja suuremoodilisest väljaga Er:ZBLAN kiud-peavõimendist.
Meie uurimisrühma polarisatsiooniseisundi ja numbrilise simulatsiooni abil juhitava kesk-infrapuna ülilühikese impulsi enesekompressiooni ja võimenduse teooria, kombineerituna suuremoodilise optilise kiu mittelineaarsete summutus- ja moodi juhtimise meetoditega, aktiivjahutustehnoloogia ja kahe otsaga pumba võimendusstruktuuriga, annab süsteem 2,8 μm ülilühikese impulsi väljundi keskmise võimsusega 8,12 W ja impulsi laiusega 148 fs. Selle uurimisrühma saavutatud rahvusvahelist rekordit uuendati veelgi.
Joonis 1. MOPA struktuuril põhineva Er:ZBLAN kiudlaseri struktuuriskeem
Struktuurfemtosekundiline laserSüsteem on näidatud joonisel 1. Eelvõimendis kasutati võimenduskiuna 3,1 m pikkust ühemoodilist kahekordse kattega Er:ZBLAN kiudu, mille legeerimiskontsentratsioon oli 7 mol.% ja südamiku läbimõõt 15 μm (NA = 0,12). Peavõimendis kasutati võimenduskiuna 4 m pikkust kahekordse kattega suuremoodilise väljaga Er:ZBLAN kiudu, mille legeerimiskontsentratsioon oli 6 mol.% ja südamiku läbimõõt 30 μm (NA = 0,12). Suurem südamiku läbimõõt annab võimenduskiule madalama mittelineaarse koefitsiendi ning talub suuremat tippvõimsust ja suurema impulsienergiaga impulssväljundit. Võimenduskiu mõlemad otsad on sulatatud AlF3 klemmikattega.
Postituse aeg: 19. veebruar 2024