Çığır Açıyor! Dünyanın en yüksek güçlü 3 μm orta kızılötesi femtosaniye fiber lazeri

Çığır Açtı! Dünyanın en yüksek güçteki 3 μm orta kızılötesifemtosaniye fiber lazer

Fiber lazerOrta kızılötesi lazer çıktısı elde etmek için ilk adım uygun fiber matris malzemesini seçmektir. Yakın kızılötesi fiber lazerlerde, kuvars cam matrisi çok düşük iletim kaybı, güvenilir mekanik mukavemet ve mükemmel stabiliteye sahip en yaygın fiber matris malzemesidir. Ancak, yüksek fonon enerjisi (1150 cm-1) nedeniyle kuvars fiber, orta kızılötesi lazer iletimi için kullanılamaz. Orta kızılötesi lazerin düşük kayıplı iletimini elde etmek için, sülfür cam matrisi veya florür cam matrisi gibi daha düşük fonon enerjisine sahip diğer fiber matris malzemelerini yeniden seçmemiz gerekir. Sülfür fiber en düşük fonon enerjisine sahiptir (yaklaşık 350 cm-1), ancak doping konsantrasyonunun artırılamaması sorunu vardır, bu nedenle orta kızılötesi lazer üretmek için kazanç fiberi olarak kullanılmaya uygun değildir. Florür cam alt tabaka, sülfür cam alt tabakadan biraz daha yüksek bir fonon enerjisine (550 cm-1) sahip olmasına rağmen, 4 μm'den daha kısa dalga boylarına sahip orta kızılötesi lazerler için düşük kayıplı iletim de sağlayabilir. Daha da önemlisi, florür cam alt tabaka, orta kızılötesi lazer üretimi için gereken kazancı sağlayabilen yüksek bir nadir toprak iyonu katkılama konsantrasyonuna ulaşabilir, örneğin Er3+ için en olgun florür ZBLAN fiberi 10 mol'e kadar bir katkılama konsantrasyonuna ulaşabilmiştir. Bu nedenle, florür cam matrisi orta kızılötesi fiber lazerler için en uygun fiber matris malzemesidir.

Son zamanlarda, Shenzhen Üniversitesi'nden Profesör Ruan Shuangchen ve Profesör Guo Chunyu'dan oluşan ekip, yüksek güçlü bir femtosaniyelikdarbeli fiber lazer2.8μm mod kilitli Er:ZBLAN fiber osilatör, tek modlu Er:ZBLAN fiber ön yükselteç ve geniş modlu alan Er:ZBLAN fiber ana yükselteçten oluşur.
Polarizasyon durumu ile kontrol edilen orta kızılötesi ultra kısa darbenin kendi kendini sıkıştırma ve amplifikasyon teorisine ve araştırma grubumuzun sayısal simülasyon çalışmalarına dayanarak, büyük modlu optik fiberin doğrusal olmayan bastırma ve mod kontrol yöntemleri, aktif soğutma teknolojisi ve çift uçlu pompanın amplifikasyon yapısı ile birleştirildiğinde, sistem 8,12 W ortalama güç ve 148 fs darbe genişliği ile 2,8 μm ultra kısa darbe çıkışı elde eder. Bu araştırma grubu tarafından elde edilen en yüksek ortalama gücün uluslararası rekoru daha da yenilendi.

Şekil 1 MOPA yapısına dayalı Er:ZBLAN fiber lazerin yapı diyagramı
Yapısıfemtosaniye lazerSistem Şekil 1'de gösterilmiştir. 3,1 m uzunluğundaki tek modlu çift kaplamalı Er:ZBLAN fiber, ön amplifikatörde %7 mol.% doping konsantrasyonu ve 15 μm (NA = 0,12) çekirdek çapına sahip kazanç fiberi olarak kullanılmıştır. Ana amplifikatörde, 4 m uzunluğundaki çift kaplamalı büyük modlu alan Er:ZBLAN fiber, %6 mol.% doping konsantrasyonu ve 30 μm (NA = 0,12) çekirdek çapına sahip kazanç fiberi olarak kullanılmıştır. Daha büyük çekirdek çapı, kazanç fiberinin daha düşük doğrusal olmayan katsayıya sahip olmasını ve daha yüksek tepe gücüne ve daha büyük darbe enerjisinin darbe çıkışına dayanabilmesini sağlar. Kazanç fiberinin her iki ucu AlF3 terminal kapağına kaynaştırılmıştır.