Vysoce výkonná femtosekundalasermá velkou aplikační hodnotu ve vědeckém výzkumu a průmyslových oblastech, jako je generování terahertzů, generování attosekundových pulzů a optický frekvenční hřeben.Lasery s uzamčením modůzaložené na tradičních médiích s blokovým ziskem jsou při vysokém výkonu omezeny efektem tepelné čočky a v současné době je maximální výstupní výkon přibližně 20 W.
Tenkovrstvý laser využívá víceprůchodovou strukturu čerpadla k odráženíkontrolka čerpadlak vrstvenému zesilovacímu médiu o tloušťce 100 mikronů pro vysoce účinnou absorpci čerpadla. Extrémně tenké zesilovací médium v kombinaci s technologií zpětného chlazení výrazně snižuje vliv tepelného čočkového efektu a nelineárního efektu a umožňuje dosáhnout vyššího výkonu femtosekundových pulzů.
Destičkové oscilátory v kombinaci s technologií Kerrovy čočky pro synchronizaci módů jsou hlavním prostředkem k dosažení vysokého průměrného výkonu laserového výstupu s šířkou pulzu řádově femtosekund.
Obr. 1 (a) schéma optické struktury 72 a (b) fyzické schéma modulu čerpadla
Tým výzkumníků z Čínské akademie věd navrhl a sestrojil laserový plošný laser s Kerrovou čočkou a synchronizací módů, založený na vlastním 72cestném čerpacím modulu, a vyvinul laserový plošný laser s Kerrovou čočkou a synchronizací módů s nejvyšším průměrným výkonem a energií jednoho pulzu v Číně.
Na základě principu Kerrovy čočky a iteračního výpočtu matice ABCD výzkumný tým nejprve analyzoval teorii synchronizace módů laseru s Kerrovou čočkou a tenkou destičkou, simuloval změny módů v rezonátoru během režimu synchronizace módů a kontinuálního provozu a potvrdil, že poloměr módu dutiny na tvrdé membráně se po synchronizaci módů zmenší o více než 7 %.
Následně, v souladu s konstrukčním principem, výzkumný tým navrhl a sestrojil rezonátor s Kerrovou čočkou a synchronizací módů (obr. 2) založený na 72cestném čerpacím modulu (obr. 1), který tým nezávisle vyvinul, a získal pulzní laserový výstup s průměrným výkonem 11,78 W, šířkou pulzu 245 fs a energií jednoho pulzu 0,14 μJ při době čerpacího výkonu 72 W. Šířka výstupního pulzu a změna intrakavitárního módu jsou v dobré shodě s výsledky simulace.
Obr. 2 Schéma rezonanční dutiny laseru na bázi destiček Yb:YAG s Kerrovou čočkou a synchronizací módů použitého v experimentu
Aby se zlepšil výstupní výkon laseru, výzkumný tým zvětšil poloměr zakřivení zaostřovacího zrcadla a jemně doladil tloušťku Kerrovy vrstvy a disperzi druhého řádu. Při nastavení výkonu pumpy na 94 W se průměrný výstupní výkon zvýšil na 22,33 W, šířka pulzu byla 394 fs a energie jednoho pulzu 0,28 μJ.
Pro další zvýšení výstupního výkonu výzkumný tým dále zvětší poloměr zakřivení zaostřeného konkávního zrcadlového páru a zároveň umístí rezonátor do uzavřeného prostředí s nízkým vakuem, aby se snížil vliv rušení a rozptylu vzduchu.
Čas zveřejnění: 15. srpna 2023