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

Doorbraak! 's Werelds krachtigste 3 μm midden-infraroodlaser.femtoseconde vezellaser

VezellaserOm een ​​laseroutput in het midden-infraroodgebied te verkrijgen, is de eerste stap het selecteren van het juiste vezelmatrixmateriaal. In nabij-infraroodvezellasers is kwartsglasmatrix het meest gebruikte vezelmatrixmateriaal vanwege de zeer lage transmissieverliezen, betrouwbare mechanische sterkte en uitstekende stabiliteit. Vanwege de hoge fononenergie (1150 cm⁻¹) is kwartsvezel echter niet geschikt voor transmissie in het midden-infraroodgebied. Om transmissie met lage verliezen in het midden-infraroodgebied te bereiken, moeten we andere vezelmatrixmaterialen met een lagere fononenergie selecteren, zoals sulfideglasmatrix of fluorideglasmatrix. Sulfidevezel heeft de laagste fononenergie (ongeveer 350 cm⁻¹), maar het probleem is dat de doteringsconcentratie niet kan worden verhoogd, waardoor het niet geschikt is als versterkingsvezel voor het genereren van een midden-infraroodlaser. Hoewel het fluorglas substraat een iets hogere fononenergie (550 cm⁻¹) heeft dan het sulfideglas substraat, kan het ook een transmissie met lage verliezen bereiken voor midden-infraroodlasers met golflengten kleiner dan 4 μm. Belangrijker nog, het fluorglas substraat kan een hoge doteringsconcentratie van zeldzame-aardionen bereiken, wat de benodigde versterking voor de opwekking van midden-infraroodlasers kan leveren. Zo heeft de meest geavanceerde fluor-ZBLAN-vezel voor Er³⁺ bijvoorbeeld een doteringsconcentratie tot 10 mol kunnen bereiken. Daarom is de fluorglasmatrix 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 krachtige femtoseconde-laser ontwikkeld.pulsvezellasersamengesteld uit een 2,8 μm mode-locked Er:ZBLAN-vezeloscillator, een single-mode Er:ZBLAN-vezelvoorversterker en een Er:ZBLAN-vezelhoofdversterker met groot modusveld.
Gebaseerd op de theorie van zelfcompressie en versterking van ultrakorte mid-infraroodpulsen, gecontroleerd door de polarisatietoestand, en numerieke simulaties door onze onderzoeksgroep, in combinatie met niet-lineaire onderdrukking en moduscontrolemethoden van een optische vezel met grote modus, actieve koeltechnologie en een versterkingsstructuur van een dubbelzijdige pomp, behaalt het systeem een ​​ultrakorte pulsoutput van 2,8 μm met een gemiddeld vermogen van 8,12 W en een pulsbreedte van 148 fs. Hiermee werd het internationale record voor het hoogste gemiddelde vermogen dat door deze onderzoeksgroep is bereikt, verder verbeterd.

Figuur 1 Structuurdiagram van een Er:ZBLAN-vezellaser gebaseerd op de MOPA-structuur.
De structuur van defemtoseconde laserHet systeem is weergegeven in Figuur 1. In de voorversterker werd een single-mode dubbelwandige Er:ZBLAN-vezel met een lengte van 3,1 m gebruikt als versterkingsvezel, met een doteringsconcentratie van 7 mol.% en een kerndiameter van 15 μm (NA = 0,12). In de hoofdversterker werd een dubbelwandige Er:ZBLAN-vezel met een groot modusveld en 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 hogere pulsenergie kan verwerken. Beide uiteinden van de versterkingsvezel zijn aan de AlF3-eindkap gelast.