Пробив! Најмоќниот фемтосекунден ласер со оптички влакна во средно инфрацрвено подрачје од 3 μm во светот

Пробив! Средно инфрацрвено зрачење со највисока моќност во светот од 3 μmфемтосекунден фибер ласер

Фибер ласерЗа да се постигне излез на средно инфрацрвен ласер, првиот чекор е да се избере соодветниот материјал за матрица на влакна. Кај ласерите со близок инфрацрвен ласер, кварцната стаклена матрица е најчестиот материјал за матрица на влакна со многу ниски загуби во преносот, сигурна механичка цврстина и одлична стабилност. Сепак, поради високата фононска енергија (1150 cm-1), кварцните влакна не можат да се користат за пренос на ласер во средно инфрацрвен ласер. За да се постигне пренос со ниски загуби на средно инфрацрвен ласер, треба повторно да избереме други материјали за матрица на влакна со пониска фононска енергија, како што се матрица од сулфидно стаклено или матрица од флуоридно стаклено. Сулфидното влакно има најниска фононска енергија (околу 350 cm-1), но има проблем што концентрацијата на допир не може да се зголеми, па затоа не е погодно за употреба како влакно со засилување за генерирање на средно инфрацрвен ласер. Иако супстратот од флуоридно стаклено има малку поголема фононска енергија (550 cm-1) од супстратот од сулфидно стаклено, може да се постигне и пренос со ниски загуби за средно инфрацрвени ласери со бранови должини помали од 4 μm. Поважно, супстратот од флуоридно стакло може да постигне висока концентрација на допинг на јони на ретки земјени јони, што може да го обезбеди потребното засилување за генерирање на ласер во средно инфрацрвено зрачење, на пример, најзрелото флуоридно ZBLAN влакно за Er3+ успеало да постигне концентрација на допинг до 10 mol. Затоа, матрицата од флуоридно стакло е најсоодветен материјал за матрица на влакна за ласери со средно инфрацрвено зрачење.

Неодамна, тимот на професорот Руан Шуангчен и професорот Гуо Чунју на Универзитетот Шенжен разви фемтосекунда со висока моќност.пулсен фибер ласерсоставен од Er:ZBLAN оптички осцилатор со заклучен режим од 2,8 μm, едномоден Er:ZBLAN оптички претпојачувач и Er:ZBLAN оптички главен засилувач со големо модно поле.
Врз основа на теоријата за самокомпресија и засилување на ултракратки импулси во средно инфрацрвеното подрачје контролирани од состојбата на поларизација и нумеричката симулација на нашата истражувачка група, во комбинација со методи на нелинеарна супресија и контрола на режимот на оптичко влакно со голем режим, технологија на активно ладење и структура на засилување на двојна пумпа, системот добива ултракратки импулсни излезни сигнали од 2,8 μm со просечна моќност од 8,12 W и ширина на импулсот од 148 fs. Меѓународниот рекорд за највисока просечна моќност постигната од оваа истражувачка група беше дополнително освежен.

Слика 1 Структурен дијаграм на фибер ласер Er:ZBLAN базиран на MOPA структура
Структурата нафемтосекунден ласерСистемот е прикажан на Слика 1. Едномодно двојно обложено Er:ZBLAN влакно со должина од 3,1 m беше користено како влакно за засилување во претпојачувачот со концентрација на допир од 7 mol.% и дијаметар на јадрото од 15 μm (NA = 0,12). Во главниот засилувач, двојно обложено Er:ZBLAN влакно со големо модно поле со должина од 4 m беше користено како влакно за засилување со концентрација на допир од 6 mol.% и дијаметар на јадрото од 30 μm (NA = 0,12). Поголемиот дијаметар на јадрото му овозможува на влакното за засилување да има помал нелинеарен коефициент и да може да издржи поголема врвна моќност и импулсен излез со поголема импулсна енергија. Двата краја на влакното за засилување се споени со капачето на терминалот AlF3.