Doorbraak! 's Werelds krachtigste 3 μm midden-infrarood femtoseconde fiberlaser

Doorbraak! 's Werelds hoogste vermogen: 3 μm midden-infraroodfemtoseconde fiberlaser

VezellaserOm mid-infrarood laseroutput te bereiken, is de eerste stap het selecteren van het juiste vezelmatrixmateriaal. Bij nabij-infrarood fiberlasers is kwartsglasmatrix het meest voorkomende vezelmatrixmateriaal met een zeer laag transmissieverlies, betrouwbare mechanische sterkte en uitstekende stabiliteit. Vanwege de hoge fononenergie (1150 cm-1) kunnen kwartsvezels echter niet worden gebruikt voor middeninfraroodlasertransmissie. Om transmissie met laag verlies van midden-infraroodlasers te bereiken, moeten we andere vezelmatrixmaterialen met lagere fononenergie opnieuw selecteren, zoals sulfideglasmatrix of fluorideglasmatrix. Sulfidevezel heeft de laagste fononenergie (ongeveer 350 cm-1), maar heeft het probleem dat de doteringsconcentratie niet kan worden verhoogd, en is daarom niet geschikt voor gebruik als versterkingsvezel om midden-infraroodlasers te genereren. Hoewel het fluorideglassubstraat een iets hogere fononenergie (550 cm-1) heeft dan het sulfideglassubstraat, kan het ook transmissie met laag verlies bereiken voor midden-infraroodlasers met golflengten van minder dan 4 μm. Belangrijker nog is dat het fluorideglassubstraat een hoge doteringsconcentratie van zeldzame aardionen kan bereiken, wat de winst kan opleveren die nodig is voor het genereren van midden-infraroodlasers. De meest volwassen fluoride ZBLAN-vezel voor Er3+ heeft bijvoorbeeld een doteringsconcentratie kunnen bereiken van tot 10 mol. Daarom is fluorideglasmatrix het meest geschikte vezelmatrixmateriaal voor midden-infraroodvezellasers.

Onlangs heeft het team van professor Ruan Shuangchen en professor Guo Chunyu aan de Universiteit van Shenzhen een femtoseconde met hoog vermogen ontwikkeldpuls fiberlasersamengesteld uit een 2,8 μm mode-locked Er:ZBLAN-vezeloscillator, single-mode Er:ZBLAN-vezelvoorversterker en grote veld Er:ZBLAN-vezelhoofdversterker.
Gebaseerd op de zelfcompressie- en versterkingstheorie van midden-infrarood ultrakorte puls bestuurd door polarisatietoestand en numeriek simulatiewerk van onze onderzoeksgroep, gecombineerd met niet-lineaire onderdrukking en moduscontrolemethoden van grootschalige optische vezels, actieve koeltechnologie en versterking structuur van een pomp met twee uiteinden, verkrijgt het systeem een ​​ultrakorte pulsuitgang van 2,8 μm met een gemiddeld vermogen van 8,12 W en een pulsbreedte van 148 fs. Het internationale record van het hoogste gemiddelde vermogen behaald door deze onderzoeksgroep werd verder opgefrist.

Figuur 1 Structuurdiagram van Er:ZBLAN-vezellaser gebaseerd op MOPA-structuur
De structuur van defemtoseconde laserHet systeem wordt getoond in Figuur 1. De single-mode dubbel beklede Er:ZBLAN-vezel met een lengte van 3,1 m werd gebruikt als versterkingsvezel in de voorversterker met een doteringsconcentratie van 7 mol.% en een kerndiameter van 15 μm (NA = 0,12). In de hoofdversterker werd een dubbel beklede Er:ZBLAN-vezel met groot modusveld met een lengte van 4 m gebruikt als versterkingsvezel met een doteringsconcentratie van 6 mol.% en een kerndiameter van 30 μm (NA = 0,12). De grotere kerndiameter zorgt ervoor dat de versterkingsvezel een lagere niet-lineaire coëfficiënt heeft en een hoger piekvermogen en een pulsuitgang van grotere pulsenergie kan weerstaan. Beide uiteinden van de versterkingsvezel zijn gefuseerd met de AlF3-aansluitingskap.

 


Posttijd: 19 februari 2024