دستیابی به موفقیت! پرقدرت‌ترین طیف مادون قرمز میانی ۳ میکرومتری جهانلیزر فیبری فمتوثانیه
لیزر فیبربرای دستیابی به خروجی لیزر مادون قرمز میانی، اولین قدم انتخاب ماده ماتریس فیبر مناسب است. در لیزرهای فیبر مادون قرمز نزدیک، ماتریس شیشه کوارتز رایج‌ترین ماده ماتریس فیبر با اتلاف انتقال بسیار کم، استحکام مکانیکی قابل اعتماد و پایداری عالی است. با این حال، به دلیل انرژی فونون بالا (1150 سانتی‌متر-1)، فیبر کوارتز را نمی‌توان برای انتقال لیزر مادون قرمز میانی استفاده کرد. برای دستیابی به انتقال کم اتلاف لیزر مادون قرمز میانی، باید مواد ماتریس فیبر دیگری را با انرژی فونون پایین‌تر، مانند ماتریس شیشه سولفید یا ماتریس شیشه فلوراید، دوباره انتخاب کنیم. فیبر سولفید کمترین انرژی فونون (حدود 350 سانتی‌متر-1) را دارد، اما این مشکل را دارد که غلظت آلایش را نمی‌توان افزایش داد، بنابراین برای استفاده به عنوان فیبر بهره برای تولید لیزر مادون قرمز میانی مناسب نیست. اگرچه زیرلایه شیشه فلوراید انرژی فونون کمی بالاتر (550 سانتی‌متر-1) نسبت به زیرلایه شیشه سولفید دارد، اما می‌تواند برای لیزرهای مادون قرمز میانی با طول موج کمتر از 4 میکرومتر نیز به انتقال کم اتلاف دست یابد. مهمتر از همه، زیرلایه شیشه فلوراید می‌تواند به غلظت بالایی از آلایش یون‌های خاکی کمیاب دست یابد که می‌تواند بهره مورد نیاز برای تولید لیزر مادون قرمز میانی را فراهم کند، به عنوان مثال، بالغ‌ترین فیبر ZBLAN فلوراید برای Er3+ توانسته است به غلظت آلایش تا 10 مولار دست یابد. بنابراین، ماتریس شیشه فلوراید مناسب‌ترین ماده ماتریس فیبر برای لیزرهای فیبر مادون قرمز میانی است.
اخیراً، تیم پروفسور روآن شوانگچن و پروفسور گوئو چونیو در دانشگاه شنژن، یک فمتوثانیه با توان بالا توسعه داده‌اند.لیزر فیبر پالسیمتشکل از نوسان‌ساز فیبر Er:ZBLAN قفل‌شده با حالت ۲.۸ میکرومتر، پیش‌تقویت‌کننده فیبر Er:ZBLAN تک‌حالته و تقویت‌کننده اصلی فیبر Er:ZBLAN میدان بزرگ.
بر اساس نظریه خودفشردگی و تقویت پالس فوق کوتاه مادون قرمز میانی کنترل‌شده توسط حالت قطبش و کار شبیه‌سازی عددی گروه تحقیقاتی ما، همراه با روش‌های سرکوب غیرخطی و کنترل مد فیبر نوری مد بزرگ، فناوری خنک‌کننده فعال و ساختار تقویت پمپ دو سر، این سیستم خروجی پالس فوق کوتاه ۲.۸ میکرومتری با توان متوسط ۸.۱۲ وات و پهنای پالس ۱۴۸ فمتوثانیه به دست می‌آورد. رکورد بین‌المللی بالاترین توان متوسط به‌دست‌آمده توسط این گروه تحقیقاتی، دوباره به‌روزرسانی شد.
شکل 1 نمودار ساختار لیزر فیبر Er:ZBLAN بر اساس ساختار MOPA
ساختارلیزر فمتوثانیهسیستم در شکل 1 نشان داده شده است. فیبر Er:ZBLAN دو روکش تک مد با طول 3.1 متر به عنوان فیبر بهره در پیش تقویت کننده با غلظت آلایش 7 مول درصد و قطر هسته 15 میکرومتر (NA = 0.12) استفاده شد. در تقویت کننده اصلی، یک فیبر Er:ZBLAN با میدان مد بزرگ دو روکش با طول 4 متر به عنوان فیبر بهره با غلظت آلایش 6 مول درصد و قطر هسته 30 میکرومتر (NA = 0.12) استفاده شد. قطر هسته بزرگتر باعث می‌شود فیبر بهره ضریب غیرخطی کمتری داشته باشد و بتواند توان پیک بالاتر و خروجی پالس با انرژی پالس بزرگتری را تحمل کند. هر دو انتهای فیبر بهره به کلاهک ترمینال AlF3 متصل شده‌اند.
زمان ارسال: ۱۹ فوریه ۲۰۲۴