Đột phá! Công suất cao nhất thế giới 3 μm hồng ngoại trung bìnhlaser sợi femto giây
Laser sợi quangđể đạt được đầu ra laser hồng ngoại giữa, bước đầu tiên là chọn vật liệu ma trận sợi thích hợp. Trong laser sợi gần hồng ngoại, ma trận thủy tinh thạch anh là vật liệu ma trận sợi phổ biến nhất với tổn thất truyền rất thấp, độ bền cơ học đáng tin cậy và độ ổn định tuyệt vời. Tuy nhiên, do năng lượng phonon cao (1150 cm-1) nên sợi thạch anh không thể được sử dụng để truyền laser hồng ngoại giữa. Để đạt được khả năng truyền tổn thất thấp của laser hồng ngoại giữa, chúng ta cần chọn lại các vật liệu ma trận sợi khác có năng lượng phonon thấp hơn, chẳng hạn như ma trận thủy tinh sunfua hoặc ma trận thủy tinh florua. Sợi sulfua có năng lượng phonon thấp nhất (khoảng 350 cm-1), nhưng nó có vấn đề là không thể tăng nồng độ pha tạp, vì vậy nó không phù hợp để sử dụng làm sợi khuếch đại để tạo ra laser hồng ngoại giữa. Mặc dù chất nền thủy tinh florua có năng lượng phonon cao hơn một chút (550 cm-1) so với chất nền thủy tinh sulfua, nhưng nó cũng có thể đạt được khả năng truyền tổn thất thấp cho laser hồng ngoại giữa có bước sóng nhỏ hơn 4 μm. Quan trọng hơn, chất nền thủy tinh florua có thể đạt được nồng độ pha tạp ion đất hiếm cao, có thể cung cấp mức tăng cần thiết cho thế hệ laser hồng ngoại trung bình, ví dụ, sợi ZBLAN florua trưởng thành nhất cho Er3+ có thể đạt được nồng độ pha tạp lên tới 10 mol. Do đó, ma trận thủy tinh florua là vật liệu ma trận sợi phù hợp nhất cho laser sợi hồng ngoại trung bình.
Gần đây, nhóm của Giáo sư Ruan Shuangchen và Giáo sư Guo Chunyu tại Đại học Thâm Quyến đã phát triển một femto giây công suất caolaser sợi quang xungbao gồm bộ dao động sợi quang Er:ZBLAN khóa chế độ 2,8μm, bộ tiền khuếch đại sợi quang Er:ZBLAN chế độ đơn và bộ khuếch đại chính sợi quang Er:ZBLAN trường chế độ lớn.
Dựa trên lý thuyết tự nén và khuếch đại của xung cực ngắn hồng ngoại giữa được điều khiển bởi trạng thái phân cực và công trình mô phỏng số của nhóm nghiên cứu của chúng tôi, kết hợp với các phương pháp kiểm soát chế độ và triệt tiêu phi tuyến tính của sợi quang chế độ lớn, công nghệ làm mát chủ động và cấu trúc khuếch đại của bơm hai đầu, hệ thống thu được xung cực ngắn 2,8μm với công suất trung bình là 8,12W và độ rộng xung là 148 fs. Kỷ lục quốc tế về công suất trung bình cao nhất đạt được của nhóm nghiên cứu này đã được làm mới thêm.
Hình 1 Sơ đồ cấu trúc của laser sợi Er:ZBLAN dựa trên cấu trúc MOPA
Cấu trúc củatia laser femto giâyHệ thống được thể hiện trong Hình 1. Sợi Er:ZBLAN đơn chế độ bọc kép dài 3,1 m được sử dụng làm sợi khuếch đại trong bộ tiền khuếch đại với nồng độ pha tạp là 7 mol.% và đường kính lõi là 15 μm (NA = 0,12). Trong bộ khuếch đại chính, sợi Er:ZBLAN trường chế độ lớn bọc kép dài 4 m được sử dụng làm sợi khuếch đại với nồng độ pha tạp là 6 mol.% và đường kính lõi là 30 μm (NA = 0,12). Đường kính lõi lớn hơn làm cho sợi khuếch đại có hệ số phi tuyến tính thấp hơn và có thể chịu được công suất đỉnh cao hơn và xung đầu ra có năng lượng xung lớn hơn. Cả hai đầu của sợi khuếch đại được hợp nhất với nắp đầu cuối AlF3.
Thời gian đăng: 19-02-2024