Průlom! Světově nejvyšší výkon 3 μm střední infračervené zářenífemtosekundový vláknový laser
Vláknový laserpro dosažení středního infračerveného laserového výstupu je prvním krokem výběr vhodného materiálu matrice vláken. V blízkých infračervených vláknových laserech je matrice z křemenného skla nejběžnějším materiálem matrice s vlákny s velmi nízkou propustností, spolehlivou mechanickou pevností a vynikající stabilitou. Kvůli vysoké fononové energii (1150 cm-1) však křemenné vlákno nelze použít pro přenos středního infračerveného laseru. Abychom dosáhli nízkoztrátového přenosu středního infračerveného laseru, musíme znovu vybrat jiné materiály vláknité matrice s nižší fononovou energií, jako je matrice ze sulfidového skla nebo matrice z fluoridového skla. Sulfidové vlákno má nejnižší fononovou energii (asi 350 cm-1), ale má problém, že nelze zvýšit koncentraci dopingu, takže není vhodné pro použití jako ziskové vlákno pro generování středního infračerveného laseru. Přestože substrát z fluoridového skla má mírně vyšší fononovou energii (550 cm-1) než substrát ze sulfidového skla, může také dosáhnout nízkoztrátového přenosu pro středně infračervené lasery s vlnovými délkami menšími než 4 μm. Ještě důležitější je, že substrát z fluoridového skla může dosáhnout vysoké koncentrace dotování iontů vzácných zemin, což může poskytnout zisk požadovaný pro generování středního infračerveného laseru, například nejzralejší fluoridové vlákno ZBLAN pro Er3+ dokázalo dosáhnout koncentrace dopingu až 10 mol. Proto je fluoridová skleněná matrice nejvhodnějším materiálem vláknové matrice pro středně infračervené vláknové lasery.
Nedávno tým profesora Ruana Shuangchena a profesora Guo Chunyu na univerzitě v Shenzhenu vyvinul vysoce výkonnou femtosekundupulzní vláknový lasersložený z 2,8μm vláknového oscilátoru Er:ZBLAN s uzamčeným režimem, jednovidového vláknového předzesilovače Er:ZBLAN a velkomódového vláknového hlavního zesilovače Er:ZBLAN.
Na základě teorie samokomprese a zesílení středně infračerveného ultrakrátkého pulzu řízeného stavem polarizace a numerické simulace naší výzkumné skupiny v kombinaci s metodami nelineárního potlačení a řízení režimu velkoformátového optického vlákna, technologií aktivního chlazení a zesílením konstrukce dvojitého čerpadla, systém získává 2,8μm ultrakrátký pulzní výstup s průměrným výkonem 8,12W a šířkou pulzu 148 fs. Mezinárodní rekord nejvyššího průměrného výkonu dosaženého touto výzkumnou skupinou byl dále aktualizován.
Obrázek 1 Schéma struktury vláknového laseru Er:ZBLAN založeného na struktuře MOPA
Strukturafemtosekundový lasersystém je znázorněn na obrázku 1. Jako ziskové vlákno v předzesilovači bylo použito jednovidové dvouplášťové vlákno Er:ZBLAN o délce 3,1 m s koncentrací dopingu 7 mol. % a průměrem jádra 15 μm (NA = 0,12). V hlavním zesilovači bylo jako ziskové vlákno použito dvojitě plátované velkovidové pole Er:ZBLAN o délce 4 m s koncentrací dopingu 6 mol. % a průměrem jádra 30 μm (NA = 0,12). Větší průměr jádra způsobuje, že ziskové vlákno má nižší nelineární koeficient a snese vyšší špičkový výkon a pulzní výstup větší pulzní energie. Oba konce ziskového vlákna jsou přitaveny k AlF3 koncovce.
Čas odeslání: 19. února 2024