Revoluție! Cel mai mare laser cu fibră femtosecundă cu infraroșu mijlociu de 3 μm din lume

Revoluție! Cea mai mare putere din lume 3 μm în infraroșu mediulaser cu fibră femtosecundă

Laser cu fibrăpentru a obține o ieșire cu laser în infraroșu mediu, primul pas este selectarea materialului de matrice de fibre adecvat. În laserele cu fibră în infraroșu apropiat, matricea de sticlă de cuarț este cel mai comun material cu matrice de fibre cu pierderi de transmisie foarte scăzute, rezistență mecanică fiabilă și stabilitate excelentă. Cu toate acestea, din cauza energiei mari a fononului (1150 cm-1), fibra de cuarț nu poate fi utilizată pentru transmisia laser în infraroșu mediu. Pentru a obține o transmisie cu pierderi reduse a laserului cu infraroșu mediu, trebuie să reselectăm alte materiale cu matrice de fibre cu energie fononică mai mică, cum ar fi matricea de sticlă sulfurată sau matricea de sticlă fluorură. Fibra sulfurată are cea mai scăzută energie fononică (aproximativ 350 cm-1), dar are problema că concentrația de dopaj nu poate fi crescută, deci nu este potrivită pentru utilizare ca fibră de câștig pentru a genera laser în infraroșu mediu. Deși substratul de sticlă fluorură are o energie de fonon ușor mai mare (550 cm-1) decât substratul de sticlă sulfurată, poate obține și o transmisie cu pierderi reduse pentru laserele cu infraroșu mediu cu lungimi de undă mai mici de 4 μm. Mai important, substratul de sticlă cu fluor poate atinge o concentrație ridicată de dopaj de ioni de pământ rari, care poate oferi câștigul necesar pentru generarea laserului în infraroșu mediu, de exemplu, cea mai matură fibră ZBLAN cu fluor pentru Er3+ a reușit să atingă o concentrație de dopaj de până la 10 mol. Prin urmare, matricea de sticlă cu fluor este cel mai potrivit material de matrice de fibre pentru laserele cu fibră cu infraroșu mediu.

Recent, echipa profesorului Ruan Shuangchen și profesorului Guo Chunyu de la Universitatea Shenzhen a dezvoltat o femtosecundă de mare puterelaser cu fibre pulscompus din oscilator de fibră Er:ZBLAN blocat în mod de 2,8 μm, preamplificator de fibră Er:ZBLAN monomod și amplificator principal de fibră Er:ZBLAN de câmp mare.
Bazat pe teoria de autocompresie și amplificare a pulsului ultrascurt în infraroșu mediu controlat de starea de polarizare și de munca de simulare numerică a grupului nostru de cercetare, combinată cu metode de suprimare neliniară și de control al modului de fibră optică de mod mare, tehnologie de răcire activă și amplificare Structura pompei cu două capete, sistemul obține o ieșire de impuls ultrascurtă de 2,8 μm cu o putere medie de 8,12 W și o lățime a impulsului de 148 fs. Recordul internațional al celei mai mari puteri medii atins de acest grup de cercetare a fost reîmprospătat în continuare.

Figura 1 Diagrama structurii laserului cu fibră Er:ZBLAN bazată pe structura MOPA
Structura luilaser femtosecundeSistemul este prezentat în figura 1. Fibră Er:ZBLAN cu dublu-modalitate de 3,1 m lungime a fost utilizată ca fibră de câștig în preamplificator cu o concentrație de doping de 7 mol.% și un diametru de miez de 15 μm (NA = 0,12). În amplificatorul principal, a fost utilizată ca fibră de câștig, o fibră Er:ZBLAN cu o lungime de 4 m, cu o concentrație de doping de 6 mol.% și un diametru al miezului de 30 μm (NA = 0,12). Diametrul mai mare al miezului face ca fibra de amplificare să aibă un coeficient neliniar mai mic și să reziste la putere de vârf mai mare și la ieșire de impuls de energie de impuls mai mare. Ambele capete ale fibrei de câștig sunt fuzionate la capacul terminalului AlF3.