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