پیشرفت! لیزر فیبر فمتوثانیه مادون قرمز میانی 3 میکرومتر با بالاترین قدرت جهان

پیشرفت! بالاترین قدرت جهان 3 میکرومتر مادون قرمز میانیلیزر فیبر فمتوثانیه

لیزر فیبربرای دستیابی به خروجی لیزر مادون قرمز متوسط، اولین گام انتخاب مواد ماتریس فیبر مناسب است. در لیزرهای فیبر مادون قرمز نزدیک، ماتریس شیشه ای کوارتز رایج ترین ماده ماتریس فیبر با تلفات انتقال بسیار کم، استحکام مکانیکی قابل اعتماد و پایداری عالی است. با این حال، به دلیل انرژی فونون بالا (1150 سانتی متر در 1)، فیبر کوارتز را نمی توان برای انتقال لیزر مادون قرمز میانی استفاده کرد. برای دستیابی به اتلاف کم لیزر مادون قرمز میانی، باید مواد فیبر ماتریس دیگر با انرژی فونون کمتر مانند ماتریس شیشه سولفید یا ماتریس شیشه فلوراید را مجدداً انتخاب کنیم. فیبر سولفید کمترین انرژی فونون را دارد (حدود 350 سانتی متر در 1)، اما این مشکل را دارد که غلظت دوپینگ را نمی توان افزایش داد، بنابراین برای استفاده به عنوان فیبر افزایش برای تولید لیزر مادون قرمز میانی مناسب نیست. اگرچه بستر شیشه فلوراید دارای انرژی فونون کمی بالاتر (550 سانتی‌متر-1) نسبت به زیرلایه شیشه سولفید است، اما می‌تواند برای لیزرهای مادون قرمز میانی با طول موج‌های کمتر از 4 میکرومتر به انتقال کم تلفات نیز دست یابد. مهمتر از همه، زیرلایه شیشه فلوراید می تواند به غلظت دوپینگ یون خاکی کمیاب دست یابد، که می تواند سود مورد نیاز برای تولید لیزر مادون قرمز میانی را فراهم کند، به عنوان مثال، بالغ ترین فیبر فلوراید ZBLAN برای Er3+ قادر به دستیابی به غلظت دوپینگ است. تا 10 مول بنابراین، ماتریس شیشه ای فلوراید مناسب ترین ماده ماتریس فیبر برای لیزرهای فیبر مادون قرمز متوسط ​​است.

اخیراً، تیم پروفسور Ruan Shuangchen و پروفسور Guo Chunyu در دانشگاه شنژن یک فمتوثانیه با قدرت بالا ایجاد کردند.لیزر فیبر پالسمتشکل از نوسان ساز فیبر Er:ZBLAN با حالت قفل شده 2.8μm، پیش تقویت کننده فیبر Er:ZBLAN تک حالته و تقویت کننده اصلی فیبر فیبر Er:ZBLAN در حالت بزرگ.
بر اساس تئوری خود فشرده سازی و تقویت پالس فوق کوتاه مادون قرمز میانی کنترل شده توسط حالت پلاریزاسیون و کار شبیه سازی عددی گروه تحقیقاتی ما، همراه با روش های سرکوب غیرخطی و کنترل حالت فیبر نوری حالت بزرگ، فناوری خنک کننده فعال و تقویت ساختار پمپ دو طرفه، سیستم خروجی پالس فوق کوتاه 2.8μm با توان متوسط ​​8.12W و عرض پالس 148 fs را به دست می آورد. رکورد بین المللی بالاترین میانگین توان بدست آمده توسط این گروه تحقیقاتی بیشتر تجدید شد.

شکل 1 نمودار ساختار لیزر فیبر Er:ZBLAN بر اساس ساختار MOPA
ساختارلیزر فمتوثانیهسیستم در شکل 1 نشان داده شده است. فیبر تک حالته دو روکش Er:ZBLAN به طول 3.1 متر به عنوان فیبر افزایش در پیش تقویت کننده با غلظت دوپینگ 7 مول درصد و قطر هسته 15 میکرومتر استفاده شد (NA = 0.12). در تقویت‌کننده اصلی، فیبر Er:ZBLAN با طول 4 متر با دوپینگ با غلظت دوپینگ 6 مول و قطر هسته 30 میکرومتر (NA = 0.12) از فیبر Er:ZBLAN با طول 4 متر استفاده شد. قطر هسته بزرگتر باعث می شود فیبر بهره ضریب غیرخطی کمتری داشته باشد و بتواند قدرت پیک بالاتر و خروجی پالس انرژی پالس بزرگتر را تحمل کند. هر دو انتهای فیبر افزایش به درپوش ترمینال AlF3 ذوب می شوند.