Prielom! Najvýkonnejší 3 μm femtosekundový vláknový laser v strednom infračervenom spektre na svete

Prielom! Najvýkonnejší stredný infračervený záber na svete s vlnovou dĺžkou 3 μmfemtosekundový vláknový laser

Vláknový laserNa dosiahnutie laserového výstupu v strednom infračervenom spektre je prvým krokom výber vhodného materiálu vláknovej matrice. V prípade vláknových laserov v blízkej infračervenej oblasti je kremenná sklenená matrica najbežnejším materiálom vláknovej matrice s veľmi nízkou stratou prenosu, spoľahlivou mechanickou pevnosťou a vynikajúcou stabilitou. Avšak kvôli vysokej energii fonónov (1150 cm-1) sa kremenné vlákno nemôže použiť na prenos lasera v strednom infračervenom spektre. Na dosiahnutie nízkej straty prenosu lasera v strednom infračervenom spektre je potrebné zvoliť iné materiály vláknovej matrice s nižšou energiou fonónov, ako je sulfidová sklenená matrica alebo fluoridová sklenená matrica. Sulfidové vlákno má najnižšiu energiu fonónov (približne 350 cm-1), ale má problém s tým, že koncentráciu dopovania nemožno zvýšiť, takže nie je vhodné na použitie ako zosilňovacie vlákno na generovanie lasera v strednom infračervenom spektre. Hoci fluoridový sklenený substrát má o niečo vyššiu energiu fonónov (550 cm-1) ako sulfidový sklenený substrát, dokáže dosiahnuť prenos s nízkou stratou aj pre lasery v strednom infračervenom spektre s vlnovými dĺžkami menšími ako 4 μm. A čo je dôležitejšie, fluoridový sklenený substrát dokáže dosiahnuť vysokú koncentráciu dopovania iónmi vzácnych zemín, čo môže poskytnúť zisk potrebný pre generovanie laseru v strednom infračervenom spektre, napríklad najzrelejšie fluoridové vlákno ZBLAN pre Er3+ dokázalo dosiahnuť koncentráciu dopovania až do 10 mol. Preto je matrica z fluoridového skla najvhodnejším materiálom pre vláknovú matricu pre vláknové lasery v strednom infračervenom spektre.

Nedávno tím profesora Ruana Shuangchena a profesora Guo Chunyua na Univerzite v Shenzhene vyvinul vysokovýkonný femtosekundový...pulzný vláknový laserzložený z 2,8 μm módovo synchronizovaného vláknového oscilátora Er:ZBLAN, jednomódového vláknového predzosilňovača Er:ZBLAN a hlavného vláknového zosilňovača Er:ZBLAN s veľkým módovým poľom.
Na základe teórie samokompresie a zosilnenia stredne infračervených ultrakrátkych impulzov riadených polarizačným stavom a numerickej simulácie našej výskumnej skupiny v kombinácii s metódami nelineárneho potlačenia a riadenia módov veľkomódových optických vlákien, technológiou aktívneho chladenia a zosilňovacou štruktúrou dvojpólového čerpadla, systém dosahuje výstup ultrakrátkych impulzov s vlnovou dĺžkou 2,8 μm s priemerným výkonom 8,12 W a šírkou impulzu 148 fs. Medzinárodný rekord najvyššieho priemerného výkonu dosiahnutý touto výskumnou skupinou bol ďalej obnovený.

Obrázok 1 Štruktúrny diagram vláknového laseru Er:ZBLAN na základe štruktúry MOPA
Štruktúrafemtosekundový laserSystém je znázornený na obrázku 1. Ako zosilňovacie vlákno v predzosilňovači bolo použité jednomódové dvojito plášťované vlákno Er:ZBLAN s dĺžkou 3,1 m s koncentráciou dopovania 7 mol.% a priemerom jadra 15 μm (NA = 0,12). V hlavnom zosilňovači bolo ako zosilňovacie vlákno použité dvojito plášťované vlákno Er:ZBLAN s veľkým módovým poľom s dĺžkou 4 m s koncentráciou dopovania 6 mol.% a priemerom jadra 30 μm (NA = 0,12). Väčší priemer jadra spôsobuje, že zosilňovacie vlákno má nižší nelineárny koeficient a dokáže odolať vyššiemu špičkovému výkonu a impulznému výstupu s väčšou impulznou energiou. Oba konce zosilňovacieho vlákna sú spojené s koncovkou AlF3.