Izrāviens! Pasaulē lielākās jaudas 3 μm vidējas infrasarkanās femtosekundes šķiedras lāzers

Izrāviens! Pasaulē lielākā jauda 3 μm vidējais infrasarkanais starojumsfemtosekundes šķiedru lāzers

Šķiedru lāzerslai sasniegtu vidējo infrasarkano staru lāzera izvadi, pirmais solis ir izvēlēties piemērotu šķiedru matricas materiālu. Tuvo infrasarkano staru šķiedru lāzeros kvarca stikla matrica ir visizplatītākais šķiedru matricas materiāls ar ļoti zemiem pārraides zudumiem, uzticamu mehānisko izturību un izcilu stabilitāti. Tomēr augstās fonona enerģijas (1150 cm-1) dēļ kvarca šķiedru nevar izmantot vidēja infrasarkanā lāzera pārraidei. Lai panāktu vidēja infrasarkanā lāzera zemu zudumu pārraidi, mums ir atkārtoti jāizvēlas citi šķiedras matricas materiāli ar zemāku fonona enerģiju, piemēram, sulfīda stikla matrica vai fluorīda stikla matrica. Sulfīda šķiedrai ir viszemākā fonona enerģija (apmēram 350 cm-1), taču tai ir problēma, ka nevar palielināt dopinga koncentrāciju, tāpēc tā nav piemērota izmantošanai kā pastiprinājuma šķiedra vidēja infrasarkanā lāzera ģenerēšanai. Lai gan fluorīda stikla substrātam ir nedaudz augstāka fonona enerģija (550 cm-1) nekā sulfīda stikla substrātam, tas var arī sasniegt zemu zudumu pārraidi vidēji infrasarkanajiem lāzeriem, kuru viļņu garums ir mazāks par 4 μm. Vēl svarīgāk ir tas, ka fluorīda stikla substrāts var sasniegt augstu retzemju jonu dopinga koncentrāciju, kas var nodrošināt vidējo infrasarkano staru lāzera ģenerēšanai nepieciešamo pastiprinājumu, piemēram, visnobriedušākā fluorīda ZBLAN šķiedra Er3+ ir spējusi sasniegt dopinga koncentrāciju līdz 10 mol. Tāpēc fluorīda stikla matrica ir vispiemērotākais šķiedru matricas materiāls vidējas infrasarkanās šķiedras lāzeriem.

Nesen Šeņdžeņas universitātes profesora Ruana Šuančena un profesora Guo Chunyu komanda izstrādāja jaudīgu femtosekundi.impulsu šķiedru lāzerssastāv no 2,8 μm režīmā bloķēta Er:ZBLAN šķiedras oscilatora, viena režīma Er:ZBLAN šķiedras priekšpastiprinātāja un liela režīma lauka Er:ZBLAN šķiedras galvenā pastiprinātāja.
Pamatojoties uz vidējā infrasarkanā ultraīsā impulsa, ko kontrolē ar polarizācijas stāvokli, un mūsu pētnieku grupas skaitliskās simulācijas darbu pašizspiešanas un pastiprināšanas teoriju, apvienojumā ar liela režīma optiskās šķiedras nelineārās slāpēšanas un režīma kontroles metodēm, aktīvās dzesēšanas tehnoloģiju un pastiprināšanu. Divu galu sūkņa struktūra, sistēma iegūst 2,8 μm īpaši īsu impulsu izvadi ar vidējo jaudu 8,12 W un impulsa platumu 148 fs. Šīs pētnieku grupas sasniegtais starptautiskais augstākās vidējās jaudas rekords tika vēl vairāk atsvaidzināts.

1. attēls Er:ZBLAN šķiedru lāzera struktūras diagramma, kuras pamatā ir MOPA struktūra
Struktūrafemtosekundes lāzerssistēma ir parādīta 1. attēlā. Vienmodas dubultā pārklājuma Er:ZBLAN šķiedra, kuras garums ir 3,1 m, tika izmantota kā pastiprināšanas šķiedra priekšpastiprinātājā ar dopinga koncentrāciju 7 mol.% un serdes diametru 15 μm (NA = 0,12). Galvenajā pastiprinātājā kā pastiprināšanas šķiedra tika izmantota dubultā apvalka liela režīma lauka Er:ZBLAN šķiedra ar garumu 4 m ar dopinga koncentrāciju 6 mol.% un serdes diametru 30 μm (NA = 0,12). Lielāks serdes diametrs nodrošina, ka pastiprinājuma šķiedrai ir zemāks nelineārais koeficients un tā var izturēt lielāku maksimālo jaudu un lielākas impulsa enerģijas impulsa izvadi. Abi pastiprināšanas šķiedras gali ir sapludināti ar AlF3 spailes vāciņu.