Průlom! Nejvýkonnější střední infračervený záření na světě s vlnovou délkou 3 μmfemtosekundový vláknový laser
Vláknový laserPro dosažení laserového výstupu ve střední infračervené oblasti je prvním krokem výběr vhodného materiálu vláknové matrice. U vláknových laserů v blízké infračervené oblasti je křemenná skleněná matrice nejběžnějším materiálem vláknové matrice s velmi nízkými ztrátami přenosu, spolehlivou mechanickou pevností a vynikající stabilitou. Vzhledem k vysoké energii fononů (1150 cm-1) však nelze křemenná vlákna použít pro přenos laseru ve střední infračervené oblasti. Abychom dosáhli nízkých ztrát přenosu laseru ve střední infračervené oblasti, musíme znovu vybrat jiné materiály vláknové matrice s nižší energií fononů, jako je sulfidová skleněná matrice nebo fluoridová skleněná matrice. Sulfidová vlákna mají nejnižší energii fononů (asi 350 cm-1), ale mají problém s nemožností zvýšení koncentrace dopingu, takže nejsou vhodná pro použití jako zesilovací vlákno pro generování laseru ve střední infračervené oblasti. Ačkoli má fluoridový skleněný substrát o něco vyšší energii fononů (550 cm-1) než sulfidový skleněný substrát, lze dosáhnout přenosu s nízkými ztrátami pro lasery ve střední infračervené oblasti s vlnovými délkami menšími než 4 μm. Ještě důležitější je, že fluoridový skleněný substrát může dosáhnout vysoké koncentrace dopování iontů vzácných zemin, což může poskytnout zesílení potřebné pro generování laseru ve střední infračervené oblasti, například nejvyzrálejší fluoridové vlákno ZBLAN pro Er3+ dokázalo dosáhnout koncentrace dopování až 10 mol. Proto je matrice z fluoridového skla nejvhodnějším materiálem pro vláknové lasery ve střední infračervené oblasti.
Nedávno tým profesora Ruana Shuangchena a profesora Guo Chunyua z Univerzity v Šen-čenu vyvinul vysoce výkonný femtosekundový...pulzní vláknový lasersložený z 2,8μm módově synchronizovaného vláknového oscilátoru Er:ZBLAN, jednomódového vláknového předzesilovače Er:ZBLAN a hlavního vláknového zesilovače Er:ZBLAN s velkým módovým polem.
Na základě teorie samokomprese a zesílení ultrakrátkých pulzů ve střední infračervené oblasti řízených polarizačním stavem a numerické simulace naší výzkumné skupiny v kombinaci s metodami nelineárního potlačení a řízení módů velkomódového optického vlákna, technologie aktivního chlazení a zesilovací struktury oboustranného čerpadla, systém dosahuje výstupu ultrakrátkých pulzů o délce 2,8 μm s průměrným výkonem 8,12 W a šířkou pulzu 148 fs. Mezinárodní rekord nejvyššího průměrného výkonu dosaženého touto výzkumnou skupinou byl dále obnoven.
Obrázek 1 Strukturní diagram vláknového laseru Er:ZBLAN založeného na struktuře MOPA
Strukturafemtosekundový laserSystém je znázorněn na obrázku 1. V předzesilovači bylo jako zesilovací vlákno použito jednomódové dvojitě plášťované 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 zesilovací vlákno použito dvojitě plášťované vlákno Er:ZBLAN s velkým módovým polem o délce 4 m s koncentrací dopingu 6 mol.% a průměrem jádra 30 μm (NA = 0,12). Větší průměr jádra způsobuje, že zesilovací vlákno má nižší nelineární koeficient a může odolat vyššímu špičkovému výkonu a pulznímu výstupu s větší pulzní energií. Oba konce zesilovacího vlákna jsou spojeny s koncovkou AlF3.
Čas zveřejnění: 19. února 2024