Descoperire! Cel mai puternic spectru infraroșu mediu de 3 μm din lumelaser cu fibră femtosecundă
Laser cu fibrăPentru a obține un randament laser în infraroșu mediu, primul pas este selectarea materialului adecvat pentru matricea fibrei. În laserele cu fibră în infraroșu apropiat, matricea de sticlă de cuarț este cel mai comun material pentru matricea fibrei, cu pierderi de transmisie foarte mici, rezistență mecanică fiabilă și stabilitate excelentă. Cu toate acestea, din cauza energiei fononice ridicate (1150 cm-1), fibra de cuarț nu poate fi utilizată pentru transmisia laserului în infraroșu mediu. Pentru a obține o transmisie cu pierderi reduse a laserului în infraroșu mediu, trebuie să selectăm din nou alte materiale pentru matricea fibrei cu energie fononică mai mică, cum ar fi matricea de sticlă sulfurată sau matricea de sticlă fluorată. Fibra sulfurată are cea mai mică energie fononică (aproximativ 350 cm-1), dar are problema că nu poate fi crescută concentrația de dopare, deci nu este potrivită pentru utilizarea ca fibră cu câștig pentru generarea de lasere în infraroșu mediu. Deși substratul de sticlă fluorată are o energie fononică puțin mai mare (550 cm-1) decât substratul de sticlă sulfurată, acesta poate realiza, de asemenea, o transmisie cu pierderi reduse pentru laserele în infraroșu mediu cu lungimi de undă mai mici de 4 μm. Mai important, substratul de sticlă fluorurată poate atinge o concentrație ridicată de dopare a ionilor de pământuri rare, ceea ce poate oferi câștigul necesar pentru generarea laserelor în infraroșu mediu; de exemplu, cea mai matură fibră fluorurată ZBLAN pentru Er3+ a reușit să atingă o concentrație de dopare de până la 10 mol. Prin urmare, matricea de sticlă fluorurată este cel mai potrivit material pentru matricea fibrei pentru laserele cu fibră în infraroșu mediu.
Recent, echipa formată din profesorul Ruan Shuangchen și profesorul Guo Chunyu de la Universitatea Shenzhen a dezvoltat un senzor femtosecundar de mare putere.laser cu fibră pulsatăcompus dintr-un oscilator cu fibră Er:ZBLAN de 2,8 μm cu mod blocat, un preamplificator cu fibră Er:ZBLAN monomod și un amplificator principal cu fibră Er:ZBLAN de câmp mare.
Pe baza teoriei autocompresiei și amplificării impulsurilor ultrascurte în infraroșu mediu controlate prin starea de polarizare și a simulării numerice realizate de grupul nostru de cercetare, combinate cu metode neliniare de suprimare și control al modurilor prin fibră optică de mod mare, tehnologie de răcire activă și structură de amplificare a pompei cu două capete, sistemul obține un impuls ultrascurt de ieșire 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 obținute de acest grup de cercetare a fost reîmprospătat în continuare.
Figura 1 Diagrama structurii laserului cu fibră Er:ZBLAN bazată pe structura MOPA
Structuralaser cu femtosecundeSistemul este prezentat în Figura 1. Fibra Er:ZBLAN monomodală cu placare dublă, cu o lungime de 3,1 m, a fost utilizată ca fibră de amplificare în preamplificator, cu o concentrație de dopare de 7% molar și un diametru al miezului de 15 μm (NA = 0,12). În amplificatorul principal, o fibră Er:ZBLAN de câmp mod mare cu placare dublă, cu o lungime de 4 m, a fost utilizată ca fibră de amplificare, cu o concentrație de dopare de 6% molar 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 poată suporta o putere de vârf mai mare și un impuls de ieșire cu energie de impuls mai mare. Ambele capete ale fibrei de amplificare sunt fuzionate la capacul terminalului AlF3.
Data publicării: 19 februarie 2024