Izrāviens! Pasaulē jaudīgākais 3 μm vidējā infrasarkanā femtosekundes šķiedru lāzers

Izrāviens! Pasaulē jaudīgākais 3 μm vidējā infrasarkanā starojuma starojumsfemtosekundes šķiedru lāzers

Šķiedru lāzersLai sasniegtu vidēja infrasarkanā lāzera jaudu, pirmais solis ir izvēlēties atbilstošu šķiedras matricas materiālu. Tuvā infrasarkanā starojuma šķiedru lāzeros kvarca stikla matrica ir visizplatītākais šķiedras matricas materiāls ar ļoti zemiem pārraides zudumiem, uzticamu mehānisko izturību un izcilu stabilitāti. Tomēr augstās fononu enerģijas (1150 cm-1) dēļ kvarca šķiedru nevar izmantot vidēja infrasarkanā lāzera pārraidei. Lai panāktu vidēja infrasarkanā lāzera zemu zudumu pārraidi, mums ir jāpārmeklē citi šķiedras matricas materiāli ar zemāku fononu enerģiju, piemēram, sulfīda stikla matrica vai fluorīda stikla matrica. Sulfīda šķiedrai ir viszemākā fononu enerģija (aptuveni 350 cm-1), taču tai ir problēma, ka dopinga koncentrāciju nevar palielināt, tāpēc tā nav piemērota izmantošanai kā pastiprinājuma šķiedra vidēja infrasarkanā lāzera ģenerēšanai. Lai gan fluorīda stikla substrātam ir nedaudz augstāka fononu enerģija (550 cm-1) nekā sulfīda stikla substrātam, tas var sasniegt arī zemu zudumu pārraidi vidēja infrasarkanā lāzera gadījumā ar viļņa garumu, kas mazāks par 4 μm. Vēl svarīgāk ir tas, ka fluorīda stikla substrāts var sasniegt augstu retzemju jonu leģējuma koncentrāciju, kas var nodrošināt vidēja infrasarkanā lāzera ģenerēšanai nepieciešamo pastiprinājumu, piemēram, visnobriedušākā fluorīda ZBLAN šķiedra Er3+ ir spējusi sasniegt leģējuma koncentrāciju līdz 10 moliem. Tāpēc fluorīda stikla matrica ir vispiemērotākais šķiedru matricas materiāls vidēja infrasarkanā šķiedru lāzeriem.

Nesen Šeņdžeņas Universitātes profesora Ruana Šuančena un profesora Guo Čunju komanda izstrādāja jaudīgu femtosekundes ierīci.impulsa šķiedru lāzersSastāv no 2,8 μm režīma bloķēta Er:ZBLAN šķiedras oscilatora, vienmoda Er:ZBLAN šķiedras priekšpastiprinātāja un liela režīma lauka Er:ZBLAN šķiedras galvenā pastiprinātāja.
Balstoties uz mūsu pētniecības grupas veikto vidēja infrasarkanā starojuma īpaši īsu impulsu pašsaspiešanas un pastiprināšanas teoriju, ko kontrolē polarizācijas stāvoklis, un skaitliskās simulācijas darbu, apvienojumā ar liela režīma optiskās šķiedras nelineārās slāpēšanas un režīma vadības metodēm, aktīvās dzesēšanas tehnoloģiju un divpusējā sūkņa pastiprināšanas struktūru, sistēma iegūst 2,8 μm īpaši īsu impulsu izeju ar vidējo jaudu 8,12 W un impulsa platumu 148 fs. Šīs pētniecības grupas sasniegtais starptautiskais rekords par augstāko vidējo jaudu tika vēlreiz atsvaidzināts.

1. attēls. Er:ZBLAN šķiedru lāzera struktūras diagramma, kuras pamatā ir MOPA struktūra.
Struktūrafemtosekundes lāzersSistēma ir parādīta 1. attēlā. Priekšpastiprinātājā kā pastiprinājuma šķiedra tika izmantota 3,1 m gara vienmoda dubultā apvalka Er:ZBLAN šķiedra ar leģējuma koncentrāciju 7 mol.% un serdes diametru 15 μm (NA = 0,12). Galvenajā pastiprinātājā kā pastiprinājuma šķiedra tika izmantota 4 m gara dubultā apvalka liela režīma lauka Er:ZBLAN šķiedra ar leģējuma koncentrāciju 6 mol.% un serdes diametru 30 μm (NA = 0,12). Lielāks serdes diametrs nodrošina pastiprinājuma šķiedrai zemāku nelineāro koeficientu un var izturēt lielāku maksimālo jaudu un impulsa izejas strāvu ar lielāku impulsa enerģiju. Abi pastiprinājuma šķiedras gali ir sakausēti ar AlF3 spailes kontaktu.