Пробој! Највећи светски ласер од 3 μм средњег инфрацрвеног фемтосекундног влакна

Пробој! Највећа светска снага средњег инфрацрвеног зрачења од 3 μмфемтосекундни фибер ласер

Фибер ласерда би се постигао средњи инфрацрвени ласерски излаз, први корак је одабир одговарајућег материјала матрице влакана. У блиским инфрацрвеним ласерима са влакнима, матрица од кварцног стакла је најчешћи материјал матрице влакана са веома малим губитком преноса, поузданом механичком чврстоћом и одличном стабилношћу. Међутим, због велике енергије фонона (1150 цм-1), кварцно влакно се не може користити за средњи инфрацрвени ласерски пренос. Да бисмо постигли ниске губитке преноса средњег инфрацрвеног ласера, морамо поново да изаберемо друге материјале матрице влакана са нижом енергијом фонона, као што је матрица сулфидног стакла или стаклена матрица од флуорида. Сулфидно влакно има најнижу енергију фонона (око 350 цм-1), али има проблем што се концентрација допинга не може повећати, па није погодно за употребу као појачало за генерисање средњег инфрацрвеног ласера. Иако стаклена подлога од флуорида има нешто већу енергију фонона (550 цм-1) од сулфидног стакленог супстрата, такође може постићи пренос са малим губицима за средње инфрацрвене ласере са таласним дужинама мањим од 4 μм. Што је још важније, флуоридна стаклена подлога може да постигне високу концентрацију допинга јона ретке земље, што може да обезбеди појачање потребно за генерисање средњег инфрацрвеног ласера, на пример, најзрелије флуоридно ЗБЛАН влакно за Ер3+ је успело да постигне концентрацију допинга од до 10 мол. Због тога је флуоридна стаклена матрица најпогоднији материјал матрице влакана за средње инфрацрвене ласере са влакнима.

Недавно је тим професора Руан Схуангцхена и професора Гуо Цхуниу на Универзитету Схензхен развио фемтосекунду велике снагепулсни фибер ласерсастоји се од Ер:ЗБЛАН оптичког осцилатора са закључавањем мода од 2,8 μм, једномодног Ер:ЗБЛАН влакнастог претпојачала и главног појачивача Ер:ЗБЛАН влакана великог мода.
Засновано на теорији самокомпресије и појачања средњег инфрацрвеног ултра-кратког импулса контролисаног стањем поларизације и рада на нумеричкој симулацији наше истраживачке групе, у комбинацији са нелинеарним потискивањем и методама контроле мода оптичких влакана великог мода, технологијом активног хлађења и појачањем структуру двостране пумпе, систем добија ултра-кратки импулсни излаз од 2,8 μм са просечном снагом од 8,12 В и ширина импулса од 148 фс. Додатно је освежен међународни рекорд највеће просечне снаге коју је постигла ова истраживачка група.

Слика 1 Структурни дијаграм Ер:ЗБЛАН ласера ​​са влакнима заснован на МОПА структури
Структурафемтосекундни ласерсистем је приказан на слици 1. Као појачало у претпојачавачу коришћено је једномодно двоструко обложено Ер:ЗБЛАН влакно дужине 3,1 м са концентрацијом допинга од 7 мол.% и пречником језгра од 15 μм (НА = 0,12). У главном појачавачу као појачало је коришћено двоструко обложено велико модно поље Ер:ЗБЛАН влакно дужине 4 м са концентрацијом допинга од 6 мол.% и пречником језгра од 30 μм (НА = 0,12). Већи пречник језгра чини да влакно појачања има нижи нелинеарни коефицијент и може да издржи већу вршну снагу и импулсни излаз веће енергије импулса. Оба краја влакна за појачање су спојена са поклопцем терминала АлФ3.