Vysokovýkonný femtosekundovýlasermá veľkú aplikačnú hodnotu vo vedeckom výskume a priemyselných oblastiach, ako je generovanie terahertzov, generovanie attosekundových impulzov a optický frekvenčný hrebeň.Lasery s uzamknutým modomzaložené na tradičných médiách s blokovým ziskom sú pri vysokom výkone obmedzené efektom tepelnej šošovky a v súčasnosti je maximálny výstupný výkon približne 20 W.
Tenkovrstvový laser využíva viacprechodovú štruktúru čerpadla na odrážaniesvetlo čerpadlana plátové zosilňovacie médium s hrúbkou 100 mikrónov pre vysokoúčinnú absorpciu čerpadla. Extrémne tenké zosilňovacie médium v kombinácii s technológiou spätného chladenia výrazne znižuje vplyv tepelného efektu šošovky a nelineárneho efektu a umožňuje dosiahnuť vyšší výkon femtosekundových impulzov.
Waferové oscilátory v kombinácii s technológiou Kerrovej šošovky na uzamknutie módov sú hlavným prostriedkom na dosiahnutie vysokého priemerného výkonu laserového výstupu so šírkou impulzu rádovo femtosekundy.
OBR. 1 (a) schéma optickej štruktúry 72 a (b) fyzická schéma modulu čerpadla
Tím výskumníkov z Čínskej akadémie vied navrhol a zostrojil laserový pás s Kerrovou šošovkou a synchronizovaným módom, založený na vlastnoručne vyvinutom 72-cestnom pumpovacom module, a vyvinul laserový pás s Kerrovou šošovkou a synchronizovaným módom s najvyšším priemerným výkonom a energiou jedného impulzu v Číne.
Na základe princípu Kerrovej šošovkovej synchronizácie módov a iteračného výpočtu ABCD matice výskumný tím najprv analyzoval teóriu synchronizácie módov laseru s Kerrovou šošovkou a synchronizáciou módov s tenkou doskou, simuloval zmeny módov v rezonátore počas synchronizácie módov a nepretržitej prevádzky a potvrdil, že polomer módu dutiny na tvrdej membráne sa po synchronizácii módov zníži o viac ako 7 %.
Následne, riadiac sa konštrukčným princípom, výskumný tím navrhol a zostrojil rezonátor so synchronizovanými módmi Kerrovej šošovky (obr. 2) založený na 72-cestnom čerpacom module (obr. 1), ktorý tím nezávisle vyvinul, a získal pulzný laserový výstup s priemerným výkonom 11,78 W, šírkou impulzu 245 fs a energiou jedného impulzu 0,14 μJ pri čerpacom čase 72 W. Šírka výstupného impulzu a zmena intrakavitálneho módu sú v dobrej zhode s výsledkami simulácie.
OBR. 2 Schematický diagram rezonančnej dutiny laseru na báze Yb:YAG doštičiek s Kerrovou šošovkou a synchronizáciou módov použitého v experimente
Aby sa zlepšil výstupný výkon lasera, výskumný tím zväčšil polomer zakrivenia zaostrovacieho zrkadla a jemne doladil hrúbku Kerrovho média a disperziu druhého rádu. Keď bol výkon čerpadla nastavený na 94 W, priemerný výstupný výkon sa zvýšil na 22,33 W, šírka impulzu bola 394 fs a energia jedného impulzu bola 0,28 μJ.
Pre ďalšie zvýšenie výstupného výkonu výskumný tím ďalej zväčší polomer zakrivenia zaostreného konkávneho zrkadlového páru a zároveň umiestni rezonátor do uzavretého prostredia s nízkym vákuom, aby sa znížil vplyv rušenia vzduchu a rozptylu vzduchu.
Čas uverejnenia: 15. augusta 2023