Đột phá! Công suất cao nhất thế giới 3 μm hồng ngoại giữalaser sợi quang 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 quang cận hồng ngoại, ma trận thủy tinh thạch anh là vật liệu ma trận sợi phổ biến nhất với tổn hao 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), sợi thạch anh không thể được sử dụng để truyền laser hồng ngoại giữa. Để đạt được sự truyền dẫn 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 sunfua có năng lượng phonon thấp nhất (khoảng 350 cm-1), nhưng nó có vấn đề là không thể tăng nồng độ pha tạp nên 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 sunfua, nhưng nó cũng có thể đạt được sự truyền dẫn tổn thất thấp đối với laser hồng ngoại trung 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 mang lại mức tăng cần thiết cho việc tạo ra tia laser hồng ngoại giữa, ví dụ, sợi ZBLAN florua trưởng thành nhất cho Er3+ đã có thể đạt được nồng độ pha tạp là tới 10 mol. Do đó, ma trận thủy tinh florua là vật liệu ma trận sợi phù hợp nhất cho laser sợi quang hồng ngoại giữa.
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 cao.laser sợi xungbao gồm bộ tạo dao động sợi quang Er:ZBLAN bị khóa chế độ 2,8μm, bộ tiền khuếch đại sợi 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 siêu ngắn hồng ngoại giữa được điều khiển bằng trạng thái phân cực và công trình mô phỏng số của nhóm nghiên cứu, kết hợp với phương pháp triệt tiêu phi tuyến và điều khiển chế độ của sợi quang mode lớn, công nghệ làm mát chủ động và khuếch đại Cấu trúc 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 mà nhóm nghiên cứu này đạt được đã được làm mới thêm.
Hình 1 Sơ đồ cấu trúc của laser sợi quang Er:ZBLAN dựa trên cấu trúc MOPA
Cấu trúc củalaser femto giâyhệ thống được hiển thị trong Hình 1. Sợi Er:ZBLAN phủ kép đơn chế độ có chiều 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, trường chế độ lớn phủ kép Er:Sợi ZBLAN có chiều 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 hợp nhất với nắp đầu cuối AlF3.
Thời gian đăng: Feb-19-2024