لیزر ورق با حالت قفل، لیزر فوق سریع با انرژی بالا

فمتوثانیه با قدرت بالالیزردارای ارزش کاربردی در زمینه های علمی و صنعتی مانند تولید تراهرتز، تولید پالس آتوثانیه و شانه فرکانس نوری است.لیزرهای مود قفل شدهبر اساس رسانه‌های سنتی بلوک افزایش، توسط اثر لنز حرارتی در توان بالا محدود می‌شوند و در حال حاضر حداکثر توان خروجی حدود 20 وات است.

لیزر ورق نازک از ساختار پمپ چند گذری برای انعکاس استفاده می کندچراغ پمپبه محیط ورق با ضخامت 100 میکرون برای جذب پمپ با راندمان بالا. محیط بهره بسیار نازک همراه با فناوری بک کولینگ تأثیر اثر لنز حرارتی و اثر غیرخطی را تا حد زیادی کاهش می دهد و می تواند به خروجی پالس فمتوثانیه با توان بالاتری دست یابد.
اسیلاتورهای ویفر همراه با فناوری قفل کردن حالت لنز Kerr ابزار اصلی برای به دست آوردن توان متوسط ​​خروجی لیزر با عرض پالس به ترتیب فمتوثانیه است.

شکل 1 (الف) نمودار ساختار نوری 72 و (ب) نمودار فیزیکی ماژول پمپ

تیمی از محققان آکادمی علوم چین یک لیزر ورقه‌ای قفل‌شده با لنز Kerr را بر اساس ماژول پمپ ۷۲ جهته خود توسعه‌یافته طراحی و ساختند و یک لیزر صفحه قفل‌شده با لنز Kerr با بالاترین توان متوسط ​​و تکی توسعه دادند. انرژی پالس در چین
بر اساس اصل قفل کردن حالت لنز Kerr و محاسبه تکراری ماتریس ABCD، تیم تحقیقاتی ابتدا تئوری حالت قفل لیزر قفل کننده حالت لنز Kerr صفحه نازک را تجزیه و تحلیل کرد و تغییرات حالت در تشدید کننده را در حین عملیات قفل کردن حالت شبیه سازی کرد. و عملکرد مداوم، و تایید کرد که شعاع حالت حفره در دیافراگم سخت پس از قفل شدن بیش از 7٪ کاهش می یابد.

متعاقبا، با هدایت اصل طراحی، تیم تحقیقاتی یک تشدیدگر قفل شده با لنز کر (شکل 2) را بر اساس ماژول پمپ 72 جهته (شکل 1) که به طور مستقل توسط تیم توسعه داده شده طراحی و ساخته شد و یک لیزر پالسی به دست آورد. خروجی با توان متوسط ​​11.78 وات، عرض پالس 245 fs و انرژی تک پالس 0.14μJ در زمان پمپاژ 72 W. عرض پالس خروجی و تغییر حالت درون حفره با نتایج شبیه سازی مطابقت خوبی دارد.

شکل 2 نمودار شماتیک حفره تشدید لیزر ویفر Yb:YAG دارای حالت قفل شده با لنز Kerr مورد استفاده در آزمایش

به منظور بهبود توان خروجی لیزر، تیم تحقیقاتی شعاع انحنای آینه فوکوس را افزایش داد و ضخامت متوسط ​​Kerr و پراکندگی مرتبه دوم را به دقت تنظیم کرد. وقتی توان پمپ روی 94 وات تنظیم شد، میانگین توان خروجی به 22.33 وات افزایش یافت و عرض پالس 394 fs و انرژی تک پالس 0.28 میکروژول بود.

برای افزایش بیشتر توان خروجی، تیم تحقیقاتی شعاع انحنای جفت آینه مقعر متمرکز را افزایش می دهد، در حالی که تشدید کننده را در یک محیط بسته با خلاء کم قرار می دهد تا تأثیر اختلال هوا و پراکندگی هوا را کاهش دهد.