Terobosan! Laser gentian femtosaat pertengahan inframerah 3 μm kuasa tertinggi di dunia

Terobosan! Kuasa tertinggi dunia 3 μm inframerah pertengahanlaser gentian femtosaat

Laser gentianuntuk mencapai output laser inframerah pertengahan, langkah pertama ialah memilih bahan matriks gentian yang sesuai. Dalam laser gentian inframerah dekat, matriks kaca kuarza ialah bahan matriks gentian yang paling biasa dengan kehilangan penghantaran yang sangat rendah, kekuatan mekanikal yang boleh dipercayai dan kestabilan yang sangat baik. Walau bagaimanapun, kerana tenaga fonon yang tinggi (1150 cm-1), gentian kuarza tidak boleh digunakan untuk penghantaran laser inframerah pertengahan. Untuk mencapai penghantaran kehilangan rendah laser inframerah pertengahan, kita perlu memilih semula bahan matriks gentian lain dengan tenaga fonon yang lebih rendah, seperti matriks kaca sulfida atau matriks kaca fluorida. Gentian sulfida mempunyai tenaga fonon yang paling rendah (kira-kira 350 cm-1), tetapi ia mempunyai masalah bahawa kepekatan doping tidak dapat ditingkatkan, jadi ia tidak sesuai digunakan sebagai gentian keuntungan untuk menjana laser inframerah pertengahan. Walaupun substrat kaca fluorida mempunyai tenaga fonon yang lebih tinggi sedikit (550 cm-1) daripada substrat kaca sulfida, ia juga boleh mencapai penghantaran kehilangan rendah untuk laser inframerah pertengahan dengan panjang gelombang kurang daripada 4 μm. Lebih penting lagi, substrat kaca fluorida boleh mencapai kepekatan doping ion nadir bumi yang tinggi, yang boleh memberikan keuntungan yang diperlukan untuk penjanaan laser inframerah pertengahan, contohnya, gentian ZBLAN fluorida yang paling matang untuk Er3+ telah dapat mencapai kepekatan doping sehingga 10 mol. Oleh itu, matriks kaca fluorida adalah bahan matriks gentian yang paling sesuai untuk laser gentian inframerah pertengahan.

Baru-baru ini, pasukan Profesor Ruan Shuangchen dan Profesor Guo Chunyu di Universiti Shenzhen telah membangunkan femtosaat berkuasa tinggilaser gentian naditerdiri daripada berkunci mod 2.8μm Er: pengayun gentian ZBLAN, mod tunggal Er: prapenguat gentian ZBLAN dan medan mod besar Er: penguat utama gentian ZBLAN.
Berdasarkan teori mampatan diri dan amplifikasi denyut ultra-pendek inframerah pertengahan yang dikawal oleh keadaan polarisasi dan kerja simulasi berangka kumpulan penyelidikan kami, digabungkan dengan penindasan tak linear dan kaedah kawalan mod gentian optik mod besar, teknologi penyejukan aktif dan amplifikasi struktur pam dua hujung, sistem memperoleh output nadi ultra-pendek 2.8μm dengan kuasa purata 8.12W dan lebar nadi 148 fs. Rekod antarabangsa bagi purata kuasa tertinggi yang dicapai oleh kumpulan penyelidikan ini disegarkan lagi.

Rajah 1 Gambar rajah struktur Er:ZBLAN gentian laser berdasarkan struktur MOPA
Strukturlaser femtosaatsistem ditunjukkan dalam Rajah 1. Gentian Er:ZBLAN bersalut tunggal mod tunggal sepanjang 3.1 m digunakan sebagai gentian perolehan dalam prapenguat dengan kepekatan doping 7 mol.% dan diameter teras 15 μm (NA = 0.12). Dalam penguat utama, medan mod besar bersalut berkembar Er: gentian ZBLAN dengan panjang 4 m digunakan sebagai gentian perolehan dengan kepekatan doping 6 mol.% dan diameter teras 30 μm (NA = 0.12). Diameter teras yang lebih besar menjadikan gentian keuntungan mempunyai pekali tak linear yang lebih rendah dan boleh menahan kuasa puncak yang lebih tinggi dan output nadi tenaga nadi yang lebih besar. Kedua-dua hujung gentian keuntungan dicantumkan pada penutup terminal AlF3.