Läpimurto! Maailman tehokkain 3 μm:n keski-infrapuna-femtosekuntikuitulaser

Läpimurto! Maailman suurin teho 3 μm keski-infrapunafemtosekunnin kuitulaser

Kuitu laserKeski-infrapunalasertulostuksen saavuttamiseksi ensimmäinen askel on valita sopiva kuitumatriisimateriaali. Lähi-infrapunakuitulasereissa kvartsilasimatriisi on yleisin kuitumatriisimateriaali, jolla on erittäin pieni lähetyshäviö, luotettava mekaaninen lujuus ja erinomainen stabiilisuus. Korkean fononienergian (1150 cm-1) vuoksi kvartsikuitua ei kuitenkaan voida käyttää keski-infrapunalaserlähetykseen. Keski-infrapunalaserin matalahäviöisen lähetyksen saavuttamiseksi meidän on valittava uudelleen muut kuitumatriisimateriaalit, joilla on pienempi fononienergia, kuten sulfidilasimatriisi tai fluorilasimatriisi. Sulfidikuidulla on pienin fononienergia (noin 350 cm-1), mutta sen ongelmana on, että dopingpitoisuutta ei voida nostaa, joten se ei sovellu käytettäväksi vahvistuskuituna keski-infrapunalaserin tuottamiseen. Vaikka fluoridilasisubstraatilla on hieman suurempi fononienergia (550 cm-1) kuin sulfidilasisubstraatilla, se voi myös saavuttaa matalahäviöisen läpäisyn keski-infrapunalasereilla, joiden aallonpituudet ovat alle 4 μm. Vielä tärkeämpää on, että fluoridilasisubstraatti voi saavuttaa korkean harvinaisten maametallien ionien seostuspitoisuuden, mikä voi tarjota tehon, joka tarvitaan keski-infrapunalaserin tuottamiseen. Esimerkiksi kypsimmällä Er3+:n fluoridi-ZBLAN-kuitulla on pystytty saavuttamaan seostuspitoisuuden jopa 10 mol. Siksi fluorilasimatriisi on sopivin kuitumatriisimateriaali keski-infrapunakuitulasereihin.

Hiljattain Shenzhenin yliopiston professori Ruan Shuangchenin ja professori Guo Chunyun ryhmä kehitti suuritehoisen femtosekunnin.pulssikuitulaserkoostuu 2,8 μm:n tilalukitusta Er:ZBLAN-kuituoskillaattorista, yksimuotoisesta Er:ZBLAN-kuitu-esivahvistimesta ja suurimuotoisesta Er:ZBLAN-kuitupäävahvistimesta.
Perustuu tutkimusryhmämme polarisaatiotilalla ohjatun keski-infrapuna-ultralyhyen pulssin itsepakkaus- ja vahvistusteoriaan ja numeeriseen simulointityöhön yhdistettynä suurimuotoisen optisen kuidun epälineaariseen vaimennus- ja moodisäätömenetelmiin, aktiiviseen jäähdytystekniikkaan ja vahvistukseen. Kaksipäisen pumpun rakenteessa järjestelmä saa 2,8 μm:n ultralyhyen pulssin lähdön, jonka keskimääräinen teho on 8,12 W ja pulssin leveys 148 fs. Tämän tutkimusryhmän saavuttaman korkeimman keskitehon kansainvälinen ennätys päivitettiin edelleen.

Kuva 1 Er:ZBLAN-kuitulaserin rakennekaavio MOPA-rakenteeseen perustuen
Rakennefemtosekunnin laserjärjestelmä on esitetty kuvassa 1. Yksimuotoista kaksoispäällysteistä Er:ZBLAN-kuitua, jonka pituus on 3,1 m, käytettiin vahvistuskuituna esivahvistimessa, jonka seostuspitoisuus oli 7 mooliprosenttia ja ytimen halkaisija 15 μm (NA = 0,12). Päävahvistimessa vahvistuskuituna käytettiin kaksoispäällysteistä suurmoodikenttää Er:ZBLAN-kuitua, jonka pituus oli 4 m, seostuspitoisuudella 6 mooliprosenttia ja sydämen halkaisijalla 30 μm (NA = 0,12). Suurempi sydämen halkaisija tekee vahvistuskuidusta alhaisemman epälineaarisen kertoimen ja kestää korkeamman huipputehon ja suuremman pulssienergian pulssilähdön. Vahvistuskuidun molemmat päät on sulatettu AlF3-liittimen suojukseen.

 


Postitusaika: 19.2.2024