Пробив! Най-мощният в света 3 μm средноинфрачервен фемтосекунден оптичен лазер

Пробив! Най-високата в света мощност 3 μm средна инфрачервена светлинафемтосекунден оптичен лазер

Фибърен лазерза да постигнете среден инфрачервен лазерен изход, първата стъпка е да изберете подходящия материал за матрица с влакна. В лазерите с влакна в близката инфрачервена област матрицата от кварцово стъкло е най-разпространеният материал за матрица с влакна с много ниска загуба на предаване, надеждна механична якост и отлична стабилност. Въпреки това, поради високата фононна енергия (1150 cm-1), кварцовото влакно не може да се използва за средно инфрачервено лазерно предаване. За да постигнем предаване с ниски загуби на средно инфрачервен лазер, трябва да изберем отново други материали за матрица с влакна с по-ниска фононна енергия, като матрица от сулфидно стъкло или матрица от флуорно стъкло. Сулфидното влакно има най-ниската фононна енергия (около 350 cm-1), но има проблем, че концентрацията на допинг не може да бъде увеличена, така че не е подходящо за използване като усилващо влакно за генериране на среден инфрачервен лазер. Въпреки че флуоридният стъклен субстрат има малко по-висока фононна енергия (550 cm-1) от сулфидния стъклен субстрат, той може също така да постигне предаване с ниски загуби за средноинфрачервени лазери с дължини на вълните под 4 μm. По-важното е, че флуоридният стъклен субстрат може да постигне висока концентрация на допинг на редкоземни йони, което може да осигури печалбата, необходима за средно инфрачервено лазерно генериране, например, най-зрялото флуоридно ZBLAN влакно за Er3+ е успяло да постигне концентрация на допинг от до 10 mol. Следователно матрицата от флуоридно стъкло е най-подходящият материал за матрица с влакна за лазери със средни инфрачервени влакна.

Наскоро екипът на професор Ruan Shuangchen и професор Guo Chunyu от университета в Шенжен разработи фемтосекунда с висока мощностимпулсен влакнест лазерсъставен от 2,8 μm осцилатор с Er:ZBLAN влакно със заключен режим, едномодов предусилвател с влакна Er:ZBLAN и основен усилвател с влакна Er:ZBLAN с голям режим.
Въз основа на теорията за самокомпресия и усилване на среден инфрачервен ултра-къс импулс, контролиран от поляризационно състояние и числена симулационна работа на нашата изследователска група, комбинирана с нелинейно потискане и методи за контрол на режима на широкомодово оптично влакно, технология за активно охлаждане и усилване структура на помпа с двоен край, системата получава 2,8 μm ултра-къс импулсен изход със средна мощност от 8,12 W и ширина на импулса от 148 fs. Международният рекорд за най-висока средна мощност, постигната от тази изследователска група, беше допълнително обновен.

Фигура 1 Структурна диаграма на оптичен лазер Er:ZBLAN, базиран на MOPA структура
Структурата нафемтосекунден лазерсистема е показана на фигура 1. Едномодовото влакно Er:ZBLAN с двойна обвивка с дължина 3,1 m беше използвано като усилващо влакно в предусилвателя с концентрация на допинг от 7 mol.% и диаметър на сърцевината от 15 μm (NA = 0,12). В главния усилвател, двойно облицовано голямо модно поле Er: ZBLAN влакно с дължина 4 m беше използвано като усилващо влакно с концентрация на допинг от 6 mol.% и диаметър на сърцевината от 30 μm (NA = 0.12). По-големият диаметър на сърцевината прави усилващото влакно с по-нисък нелинеен коефициент и може да издържи на по-висока пикова мощност и импулсен изход на по-голяма импулсна енергия. Двата края на усилващото влакно са споени към капачката на терминала AlF3.