Đột phá! Tia hồng ngoại tầm trung 3 μm có công suất cao nhất thế giới.laser sợi quang femtô giây
Laser sợi quangĐể đạt được đầu ra laser hồng ngoại trung tần, bước đầu tiên là lựa chọn vật liệu ma trận sợi quang phù hợp. Trong laser sợi quang hồng ngoại gần, ma trận thủy tinh thạch anh là vật liệu ma trận sợi quang phổ biến nhất với tổn hao truyền dẫn 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), sợi thạch anh không thể được sử dụng để truyền dẫn laser hồng ngoại trung tần. Để đạt được truyền dẫn tổn hao thấp cho laser hồng ngoại trung tần, chúng ta cần lựa chọn lại các vật liệu ma trận sợi quang khác có năng lượng phonon thấp hơn, chẳng hạn như ma trận thủy tinh sunfua hoặc ma trận thủy tinh florua. Sợi sunfua có năng lượng phonon thấp nhất (khoảng 350 cm⁻¹), nhưng nó có vấn đề là nồng độ pha tạp không thể tăng lên, vì vậy nó không phù hợp để sử dụng làm sợi khuếch đại để tạo ra laser hồng ngoại trung tần. Mặc dù chất nền thủy tinh florua có năng lượng phonon cao hơn một chút (550 cm⁻¹) so với chất nền thủy tinh sunfua, nhưng nó cũng có thể đạt được truyền dẫn tổn hao thấp cho laser hồng ngoại trung tần với bước sóng nhỏ hơn 4 μm. Quan trọng hơn, chất nền thủy tinh fluoride có thể đạt được nồng độ pha tạp ion đất hiếm cao, có thể cung cấp độ khuếch đại cần thiết cho việc tạo ra laser hồng ngoại tầm trung. Ví dụ, sợi quang ZBLAN fluoride tiên tiến nhất dành cho Er3+ đã đạt được nồng độ pha tạp lên đến 10 mol. Do đó, chất nền thủy tinh fluoride là vật liệu chất nền sợi quang phù hợp nhất cho laser sợi quang hồng ngoại tầm trung.
Gần đây, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Ruan Shuangchen và Giáo sư Guo Chunyu tại Đại học Thâm Quyến đã phát triển một thiết bị laser xung femto giây công suất cao.laser sợi quang xungBao gồm bộ dao động sợi quang Er:ZBLAN khóa chế độ 2,8μm, bộ tiền khuếch đại sợi quang Er:ZBLAN đơn mode và bộ khuếch đại chính sợi quang Er:ZBLAN trường mode lớn.
Dựa trên lý thuyết tự nén và khuếch đại xung siêu ngắn hồng ngoại giữa được điều khiển bởi trạng thái phân cực và công trình mô phỏng số của nhóm nghiên cứu chúng tôi, kết hợp với các phương pháp triệt tiêu phi tuyến và điều khiển chế độ của sợi quang đa mode, công nghệ làm mát chủ động và cấu trúc khuếch đại của bơm hai đầu, hệ thống thu được đầu ra xung siêu ngắn 2,8μm với công suất trung bình 8,12W và độ rộng xung 148 fs. Kỷ lục quốc tế về công suất trung bình cao nhất đạt được bởi nhóm nghiên cứu này đã được phá vỡ.
Hình 1. Sơ đồ cấu trúc của laser sợi quang Er:ZBLAN dựa trên cấu trúc MOPA.
Cấu trúc củatia laser femtô giâyHệ thống được thể hiện trong Hình 1. Sợi quang Er:ZBLAN đơn mode, hai lớp vỏ, dài 3,1 m được sử dụng làm sợi khuếch đại trong mạch tiền khuếch đại với nồng độ pha tạp 7 mol.% và đường kính lõi 15 μm (NA = 0,12). Trong mạch khuếch đại chính, sợi quang Er:ZBLAN hai lớp vỏ, trường mode lớn, dài 4 m được sử dụng làm sợi khuếch đại với nồng độ pha tạp 6 mol.% và đường kính lõi 30 μm (NA = 0,12). Đường kính lõi lớn hơn giúp sợi khuếch đại có hệ số phi tuyến thấp hơn và có thể chịu được công suất đỉnh cao hơn và đầu ra xung có năng lượng xung lớn hơn. Cả hai đầu của sợi khuếch đại được hàn vào đầu nối AlF3.
Thời gian đăng bài: 19/02/2024