Deurbraak! Die wêreld se kragtigste 3 μm middel-infrarooi femtosekonde vesellaser

Deurbraak! Die wêreld se hoogste krag 3 μm middel-infrarooifemtosekonde vesellaser

VesellaserOm mid-infrarooi laseruitset te bereik, is die eerste stap om die toepaslike veselmatriksmateriaal te kies. In naby-infrarooi vesellasers is kwartsglasmatriks die mees algemene veselmatriksmateriaal met baie lae transmissieverlies, betroubare meganiese sterkte en uitstekende stabiliteit. As gevolg van die hoë fononenergie (1150 cm-1) kan kwartsvesel egter nie vir mid-infrarooi lasertransmissie gebruik word nie. Om lae-verlies transmissie van mid-infrarooi lasers te bereik, moet ons ander veselmatriksmateriale met laer fononenergie, soos sulfiedglasmatriks of fluoriedglasmatriks, herkies. Sulfiedvesel het die laagste fononenergie (ongeveer 350 cm-1), maar dit het die probleem dat die doteringskonsentrasie nie verhoog kan word nie, dus is dit nie geskik vir gebruik as 'n versterkingsvesel om mid-infrarooi lasers te genereer nie. Alhoewel die fluoriedglassubstraat 'n effens hoër fononenergie (550 cm-1) het as die sulfiedglassubstraat, kan dit ook lae-verlies transmissie vir mid-infrarooi lasers met golflengtes minder as 4 μm bereik. Boonop kan die fluoriedglassubstraat 'n hoë seldsame aardioon-doteringskonsentrasie bereik, wat die versterking kan bied wat benodig word vir die opwekking van middel-infrarooi lasers. Byvoorbeeld, die mees volwasse fluoried ZBLAN-vesel vir Er3+ kon 'n doteringskonsentrasie van tot 10 mol bereik. Daarom is fluoriedglasmatriks die geskikste veselmatriksmateriaal vir middel-infrarooi vesellasers.

Onlangs het die span van professor Ruan Shuangchen en professor Guo Chunyu aan die Universiteit van Shenzhen 'n hoë-krag femtosekonde ontwikkel.pulsvesellasersaamgestel uit 2.8μm modus-geslote Er:ZBLAN vesel-ossillator, enkelmodus Er:ZBLAN vesel voorversterker en grootmodus veld Er:ZBLAN vesel hoofversterker.
Gebaseer op die selfkompressie- en versterkingsteorie van mid-infrarooi ultrakort pulse wat deur polarisasietoestand beheer word en numeriese simulasiewerk van ons navorsingsgroep, gekombineer met nie-lineêre onderdrukkings- en modusbeheermetodes van grootmodus optiese vesel, aktiewe verkoelingstegnologie en versterkingsstruktuur van dubbel-eindige pomp, verkry die stelsel 'n ultrakort pulsuitset van 2.8μm met 'n gemiddelde krag van 8.12W en 'n pulswydte van 148 fs. Die internasionale rekord van die hoogste gemiddelde krag wat deur hierdie navorsingsgroep behaal is, is verder verfris.

Figuur 1 Struktuurdiagram van Er:ZBLAN-vesellaser gebaseer op MOPA-struktuur
Die struktuur van diefemtosekonde laserDie stelsel word in Figuur 1 getoon. Die enkelmodus dubbelbeklede Er:ZBLAN-vesel van 3.1 m lank is as die versterkingsvesel in die voorversterker gebruik met 'n doteringskonsentrasie van 7 mol.% en 'n kerndiameter van 15 μm (NA = 0.12). In die hoofversterker is 'n dubbelbeklede grootmodusveld Er:ZBLAN-vesel met 'n lengte van 4 m as die versterkingsvesel gebruik met 'n doteringskonsentrasie van 6 mol.% en 'n kerndiameter van 30 μm (NA = 0.12). Die groter kerndiameter maak dat die versterkingsvesel 'n laer nie-lineêre koëffisiënt het en hoër piekkrag en pulsuitset van groter pulsenergie kan weerstaan. Beide punte van die versterkingsvesel is aan die AlF3-terminaalkap gekoppel.