Пробив! Най-мощният в света 3 μm фемтосекунден фибролазер в среден инфрачервен спектър

Пробив! Най-мощният в света 3 μm среден инфрачервен спектърфемтосекунден фибро лазер

Фибърен лазерЗа да се постигне средноинфрачервен лазерен изход, първата стъпка е да се избере подходящ материал за влакнеста матрица. При влакнестите лазери в близката инфрачервена област, кварцовата стъклена матрица е най-разпространеният материал за влакнеста матрица с много ниски загуби при предаване, надеждна механична якост и отлична стабилност. Въпреки това, поради високата фононна енергия (1150 cm-1), кварцовите влакна не могат да се използват за предаване на средноинфрачервен лазер. За да се постигне предаване с ниски загуби на средноинфрачервен лазер, е необходимо да се изберат други материали за влакнеста матрица с по-ниска фононна енергия, като например сулфидна стъклена матрица или флуоридна стъклена матрица. Сулфидните влакна имат най-ниската фононна енергия (около 350 cm-1), но имат проблема, че концентрацията на легиране не може да се увеличи, така че не са подходящи за използване като усилващо влакно за генериране на средноинфрачервен лазер. Въпреки че флуоридният стъклен субстрат има малко по-висока фононна енергия (550 cm-1) от сулфидния стъклен субстрат, той може да постигне предаване с ниски загуби и за средноинфрачервени лазери с дължини на вълните по-малки от 4 μm. По-важното е, че флуоридният стъклен субстрат може да постигне висока концентрация на легиране с редкоземни йони, което може да осигури необходимото усилване за генериране на лазер в средния инфрачервен спектър. Например, най-зрялото флуоридно ZBLAN влакно за Er3+ е успяло да постигне концентрация на легиране до 10 mol. Следователно, флуоридната стъклена матрица е най-подходящият материал за влакнеста матрица за влакнести лазери в средния инфрачервен спектър.

Наскоро екипът от професор Руан Шуанчен и професор Гуо Чуню от университета в Шънджън разработи фемтосекунден генератор с висока мощност.импулсен фибърен лазерсъставен от 2.8μm Er:ZBLAN оптичен осцилатор със заключени модове, едномодов Er:ZBLAN оптичен предусилвател и основен Er:ZBLAN оптичен усилвател с голямо поле.
Въз основа на теорията за самокомпресия и усилване на средноинфрачервени ултракъси импулси, контролирани от състоянието на поляризация, и численото симулиране на нашата изследователска група, комбинирани с нелинейни методи за потискане и управление на режима на широкомодово оптично влакно, технология за активно охлаждане и усилваща структура на двустранна помпа, системата получава ултракъси импулси с дължина на вълната 2,8 μm със средна мощност 8,12 W и ширина на импулса 148 fs. Международният рекорд за най-висока средна мощност, постигната от тази изследователска група, беше допълнително обновен.

Фигура 1 Структурна диаграма на Er:ZBLAN фибро лазер, базиран на MOPA структура
Структурата нафемтосекунден лазерСистемата е показана на Фигура 1. Едномодово двойно обвито Er:ZBLAN влакно с дължина 3,1 m е използвано като усилващо влакно в предусилвателя с концентрация на легиране 7 mol.% и диаметър на сърцевината 15 μm (NA = 0,12). В основния усилвател е използвано двойно обвито Er:ZBLAN влакно с голямо поле и дължина 4 m като усилващо влакно с концентрация на легиране 6 mol.% и диаметър на сърцевината 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 с по-голяма импулсна енергия. Двата края на усилващото влакно са свързани с AlF3 конектора.