Đột phá! Công suất hồng ngoại trung bình 3 μm cao nhất thế giớilaser sợi quang femto giây
Laser sợi quangĐể đạt được đầu ra laser hồng ngoại trung bình, bước đầu tiên là lựa chọn vật liệu ma trận sợi phù hợp. Trong laser sợi quang hồng ngoại gần, ma trận thủy tinh thạch anh là vật liệu ma trận sợi phổ biến nhất với tổn thất 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 laser hồng ngoại trung bình. Để đạt được khả năng truyền dẫn tổn thất thấp của laser hồng ngoại trung bình, chúng ta cần lựa 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 vấn đề là không thể tăng nồng độ pha tạp, do đó không phù hợp để sử dụng làm sợi khuếch đại để tạo laser hồng ngoại trung bình. Mặc dù đế thủy tinh florua có năng lượng phonon cao hơn một chút (550 cm-1) so với đế thủy tinh sulfua, nhưng nó cũng có thể đạt được khả năng truyền dẫn tổn thất thấp đối với laser hồng ngoại trung bình 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 khuếch đại cần thiết cho việc tạo ra laser hồng ngoại trung bình. Ví dụ, sợi ZBLAN florua trưởng thành nhất cho Er3+ có thể đạt được nồng độ pha tạp lên đến 10 mol. Do đó, ma trận thủy tinh florua là vật liệu ma trận sợi phù hợp nhất cho laser 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 xung cực ngắn hồng ngoại trung bình được điều khiển bởi trạng thái phân cực và công trình mô phỏng số của nhóm nghiên cứu, kết hợp với phương pháp triệt nhiễu phi tuyến và điều khiển mode của sợi quang mode lớn, công nghệ làm mát chủ động và cấu trúc khuếch đại của bơm hai đầu, hệ thống đạt được đầu ra xung cực 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 mà nhóm nghiên cứu này đạt được đã được làm mới.
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 mode, hai lớp, dài 3,1 m được sử dụng làm sợi khuếch đại trong bộ tiền khuếch đại với nồng độ pha tạp 7 mol.% và đường kính lõi 15 μm (NA = 0,12). Trong bộ khuếch đại chính, sợi Er:ZBLAN trường mode lớn, hai lớp, 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 làm cho sợi khuếch đại có hệ số phi tuyến thấp hơn và có thể chịu được công suất cực đại cao hơn và đầu ra xung có năng lượng xung lớn hơn. Cả hai đầu của sợi khuếch đại được hàn với nắp đầu cuối AlF3.
Thời gian đăng: 19-02-2024