Công suất cao femtogiâytia laserNó có giá trị ứng dụng lớn trong nghiên cứu khoa học và các lĩnh vực công nghiệp như tạo sóng terahertz, tạo xung attosecond và lược tần quang học.Laser khóa mô-đunCác thiết bị khuếch đại dựa trên phương pháp khuếch đại khối truyền thống bị hạn chế bởi hiệu ứng thấu kính nhiệt ở công suất cao, và hiện tại công suất đầu ra tối đa chỉ khoảng 20 W.
Laser dạng tấm mỏng sử dụng cấu trúc bơm đa đường để phản xạđèn bơmSử dụng môi trường khuếch đại dạng tấm có độ dày 100 micron để hấp thụ năng lượng bơm hiệu quả cao. Môi trường khuếch đại cực mỏng kết hợp với công nghệ làm mát ngược giúp giảm đáng kể ảnh hưởng của hiệu ứng thấu kính nhiệt và hiệu ứng phi tuyến tính, từ đó có thể đạt được công suất xung femtô giây cao hơn.
Sự kết hợp giữa bộ dao động bán dẫn và công nghệ khóa chế độ thấu kính Kerr là phương pháp chính để thu được công suất laser trung bình cao với độ rộng xung cỡ femtogiây.
Hình 1 (a) Sơ đồ cấu trúc quang học 72 và (b) sơ đồ vật lý của mô-đun bơm
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã thiết kế và chế tạo một laser dạng tấm khóa pha thấu kính Kerr dựa trên mô-đun bơm 72 chiều tự phát triển, và đã phát triển một laser dạng tấm khóa pha thấu kính Kerr có công suất trung bình và năng lượng xung đơn cao nhất ở Trung Quốc.
Dựa trên nguyên lý khóa chế độ thấu kính Kerr và phép tính lặp ma trận ABCD, nhóm nghiên cứu đã phân tích lý thuyết khóa chế độ của laser khóa chế độ thấu kính Kerr dạng tấm mỏng, mô phỏng sự thay đổi chế độ trong bộ cộng hưởng trong quá trình hoạt động khóa chế độ và hoạt động liên tục, và xác nhận rằng bán kính chế độ khoang tại màng chắn cứng sẽ giảm hơn 7% sau khi khóa chế độ.
Tiếp theo, dựa trên nguyên tắc thiết kế, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo bộ cộng hưởng khóa chế độ thấu kính Kerr (Hình 2) dựa trên mô-đun bơm 72 chiều (Hình 1) do nhóm tự phát triển, và thu được đầu ra laser xung với công suất trung bình 11,78W, độ rộng xung 245 fs và năng lượng xung đơn 0,14μJ ở thời gian bơm 72 W. Độ rộng của xung đầu ra và sự biến đổi của chế độ bên trong khoang cộng hưởng phù hợp tốt với kết quả mô phỏng.
Hình 2. Sơ đồ cấu tạo khoang cộng hưởng của laser Yb:YAG dạng tấm mỏng khóa chế độ bằng thấu kính Kerr được sử dụng trong thí nghiệm.
Để cải thiện công suất đầu ra của laser, nhóm nghiên cứu đã tăng bán kính cong của gương hội tụ, đồng thời tinh chỉnh độ dày môi trường Kerr và độ tán sắc bậc hai. Khi công suất bơm được đặt ở mức 94 W, công suất đầu ra trung bình tăng lên 22,33 W, độ rộng xung là 394 fs và năng lượng xung đơn là 0,28 μJ.
Để tăng thêm công suất đầu ra, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục tăng bán kính cong của cặp gương lõm hội tụ, đồng thời đặt bộ cộng hưởng trong môi trường kín chân không thấp để giảm ảnh hưởng của nhiễu loạn và tán xạ không khí.
Thời gian đăng bài: 15 tháng 8 năm 2023