Пробој! Најснажнији фемтосекундни влакнасти ласер на свету средњег инфрацрвеног зрачења од 3 μm

Пробој! Најснажнији средњи инфрацрвени спектар на свету од 3 μmфемтосекундни влакнасти ласер

Фибер ласерДа би се постигао излаз ласера ​​у средњем инфрацрвеном зрачењу, први корак је одабир одговарајућег материјала за влакнасту матрицу. Код влакнастих ласера ​​у блиском инфрацрвеном зрачењу, кварцна стаклена матрица је најчешћи материјал за влакнасту матрицу са веома малим губицима у преносу, поузданом механичком чврстоћом и одличном стабилношћу. Међутим, због високе енергије фонона (1150 цм-1), кварцна влакна се не могу користити за пренос ласера ​​у средњем инфрацрвеном зрачењу. Да бисмо постигли пренос средњег инфрацрвеног ласера ​​са малим губицима, потребно је поново одабрати друге материјале за влакнасту матрицу са нижом енергијом фонона, као што су сулфидна стаклена матрица или флуоридна стаклена матрица. Сулфидна влакна имају најнижу енергију фонона (око 350 цм-1), али имају проблем што се концентрација допирања не може повећати, па нису погодна за употребу као влакно за појачање за генерисање ласера ​​у средњем инфрацрвеном зрачењу. Иако флуоридна стаклена подлога има нешто већу енергију фонона (550 цм-1) од сулфидне стаклене подлоге, она такође може постићи пренос са малим губицима за ласере у средњем инфрацрвеном зрачењу са таласним дужинама мањим од 4 μм. Још важније, флуоридна стаклена подлога може постићи високу концентрацију допирања јонима ретких земаља, што може обезбедити појачање потребно за генерисање ласера ​​у средњем инфрацрвеном зрачењу, на пример, најзрелије флуоридно ZBLAN влакно за Er3+ је успело да постигне концентрацију допирања до 10 mol. Стога је матрица флуоридног стакла најпогоднији материјал за влакнасту матрицу за влакнасте ласере у средњем инфрацрвеном зрачењу.

Недавно је тим професора Руана Шуангчена и професора Гуо Чунјуа са Универзитета у Шенжену развио фемтосекундни...пулсни влакнасти ласерсастављен од 2,8μм Er:ZBLAN оптичког осцилатора са закључаним модовима, једномодног Er:ZBLAN оптичког претпојачала и главног Er:ZBLAN оптичког појачала великог мода.
На основу теорије самокомпресије и појачавања ултракратких импулса средњег инфрацрвеног зрачења контролисаних стањем поларизације и нумеричке симулације наше истраживачке групе, у комбинацији са нелинеарним методама супресије и контроле модова великомодног оптичког влакна, технологије активног хлађења и структуре појачавања двостране пумпе, систем добија ултракратке импулсе од 2,8 μm са просечном снагом од 8,12 W и ширином импулса од 148 fs. Међународни рекорд највеће просечне снаге коју је постигла ова истраживачка група је додатно освежен.

Слика 1 Структурни дијаграм Er:ZBLAN влакнастог ласера ​​заснованог на MOPA структури
Структурафемтосекундни ласерСистем је приказан на слици 1. Једномодно двоструко обложено Er:ZBLAN влакно дужине 3,1 м коришћено је као појачавајуће влакно у претпојачалу са концентрацијом допирања од 7 мол.% и пречником језгра од 15 μм (NA = 0,12). У главном појачалу, двоструко обложено Er:ZBLAN влакно великог модног поља дужине 4 м коришћено је као појачавајуће влакно са концентрацијом допирања од 6 мол.% и пречником језгра од 30 μм (NA = 0,12). Већи пречник језгра чини да појачавајуће влакно има нижи нелинеарни коефицијент и може да издржи већу вршну снагу и импулсни излаз веће импулсне енергије. Оба краја појачавајућег влакна су спојена са AlF3 терминалном капом.