Фемтосекунден с висока мощностлазерима голяма приложна стойност в научни изследвания и индустриални области като генериране на терагерцови вълни, генериране на атосекундни импулси и оптичен честотен гребен.Лазери с мод-заключенибазирани на традиционните носители с блоково усилване, са ограничени от ефекта на термично лещиране при висока мощност и в момента максималната изходна мощност е около 20 W.
Тънколистовият лазер използва многопроходна помпа, за да отразисветлина на помпатакъм листовата усилваща среда с дебелина от 100 микрона за високоефективно поглъщане на помпата. Изключително тънката усилваща среда, комбинирана с технология за обратно охлаждане, значително намалява влиянието на ефекта на термичната леща и нелинейния ефект и може да постигне по-висока мощност на фемтосекундния импулсен изход.
Вафлените осцилатори, комбинирани с технологията за заключване на модовете на лещите на Кер, са основното средство за получаване на лазерен изход с висока средна мощност и ширина на импулса от порядъка на фемтосекунди.
ФИГ. 1 (а) 72 диаграма на оптичната структура и (б) физическа диаграма на помпения модул
Екип от изследователи от Китайската академия на науките проектира и изгради лазер с лещи на Кер и синхронизация на модовете, базиран на самостоятелно разработения 72-посочен помпен модул, и разработи лазер с лещи на Кер и синхронизация на модовете, с най-висока средна мощност и енергия на единичен импулс в Китай.
Въз основа на принципа на заключване на модовете на лещата на Кер и итеративното изчисление на ABCD матрицата, изследователският екип първо анализира теорията за заключване на модовете на лазер с тънка пластина и заключване на модовете на лещата на Кер, симулира промените в модовете в резонатора по време на операция за заключване на модовете и непрекъсната работа и потвърди, че радиусът на модата на кухината при твърдата диафрагма ще бъде намален с повече от 7% след заключване на модовете.
Впоследствие, ръководейки се от принципа на проектиране, изследователският екип проектира и изгради резонатор с синхронизация на модовете с леща на Кер (фиг. 2), базиран на 72-пътния помпен модул (фиг. 1), независимо разработен от екипа, и получи импулсен лазерен изход със средна мощност 11,78 W, ширина на импулса 245 fs и енергия на единичен импулс 0,14 μJ при време на изпомпване 72 W. Ширината на изходния импулс и изменението на вътрешнокухинния режим са в добро съответствие с резултатите от симулацията.
ФИГ. 2 Схематична диаграма на резонансната кухина на лазера с Yb:YAG пластини и синхронизация на модовете с леща на Кер, използван в експеримента
За да се подобри изходната мощност на лазера, изследователският екип увеличи радиуса на кривината на фокусиращото огледало и фино настрои дебелината на средата на Кер и дисперсията от втори ред. Когато мощността на помпата беше настроена на 94 W, средната изходна мощност беше увеличена до 22,33 W, ширината на импулса беше 394 fs, а енергията на единичния импулс беше 0,28 μJ.
За да увеличи допълнително изходната мощност, изследователският екип ще увеличи допълнително радиуса на кривината на фокусираната вдлъбната огледална двойка, като същевременно ще постави резонатора в затворена среда с нисък вакуум, за да намали влиянието на въздушните смущения и дисперсията на въздуха.
Време на публикуване: 15 август 2023 г.