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

Terobosan! Inframerah pertengahan 3 μm kuasa tertinggi di dunialaser gentian femtosaat

Laser gentianUntuk mencapai output laser inframerah pertengahan, langkah pertama adalah memilih bahan matriks gentian yang sesuai. Dalam laser gentian inframerah dekat, matriks kaca kuarza adalah bahan matriks gentian yang paling biasa dengan kehilangan penghantaran yang sangat rendah, kekuatan mekanikal yang boleh dipercayai dan kestabilan yang sangat baik. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh 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 terendah (kira-kira 350 cm-1), tetapi ia mempunyai masalah bahawa kepekatan doping tidak dapat ditingkatkan, jadi ia tidak sesuai untuk digunakan sebagai gentian gandaan untuk menjana laser inframerah pertengahan. Walaupun substrat kaca fluorida mempunyai tenaga fonon yang sedikit lebih tinggi (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 gandaan 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 merupakan 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 denyutterdiri daripada pengayun gentian Er:ZBLAN berkunci mod 2.8μm, prapenguat gentian Er:ZBLAN mod tunggal dan penguat utama gentian Er:ZBLAN medan mod besar.
Berdasarkan teori mampatan kendiri dan amplifikasi denyut ultra-pendek inframerah pertengahan yang dikawal oleh keadaan polarisasi dan kerja simulasi berangka kumpulan penyelidikan kami, digabungkan dengan kaedah penindasan tak linear dan kawalan mod gentian optik mod besar, teknologi penyejukan aktif dan struktur amplifikasi pam hujung dua, sistem ini memperoleh output denyut ultra-pendek 2.8μm dengan kuasa purata 8.12W dan lebar denyut 148 fs. Rekod antarabangsa kuasa purata tertinggi yang dicapai oleh kumpulan penyelidikan ini telah diperbaharui lagi.

Rajah 1 Gambarajah struktur laser gentian Er:ZBLAN berdasarkan struktur MOPA
Struktur bagilaser femtosekonSistem ditunjukkan dalam Rajah 1. Serat Er:ZBLAN bersalut dua mod tunggal sepanjang 3.1 m telah digunakan sebagai serat gandaan dalam prapenguat dengan kepekatan doping sebanyak 7 mol.% dan diameter teras 15 μm (NA = 0.12). Dalam penguat utama, serat Er:ZBLAN medan mod besar bersalut dua dengan panjang 4 m telah digunakan sebagai serat gandaan dengan kepekatan doping sebanyak 6 mol.% dan diameter teras 30 μm (NA = 0.12). Diameter teras yang lebih besar menjadikan serat gandaan mempunyai pekali tak linear yang lebih rendah dan boleh menahan kuasa puncak yang lebih tinggi dan output denyutan tenaga denyutan yang lebih besar. Kedua-dua hujung serat gandaan dicantumkan pada penutup terminal AlF3.