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

Doorbraak! 's Werelds krachtigste 3 μm mid-infraroodfemtoseconde fiberlaser

VezellaserOm mid-infrarood laseroutput te bereiken, is de eerste stap het selecteren van het juiste fibermatrixmateriaal. In nabij-infrarood fiberlasers is kwartsglasmatrix het meest voorkomende fibermatrixmateriaal met zeer laag transmissieverlies, betrouwbare mechanische sterkte en uitstekende stabiliteit. Vanwege de hoge fononenergie (1150 cm-1) kan kwartsvezel echter niet worden gebruikt voor mid-infrarood lasertransmissie. Om een ​​laag transmissieverlies van mid-infrarood lasers te bereiken, moeten we andere fibermatrixmaterialen met lagere fononenergie selecteren, zoals een sulfideglasmatrix of een fluorideglasmatrix. Sulfidevezel heeft de laagste fononenergie (ongeveer 350 cm-1), maar heeft als probleem dat de dopingconcentratie niet kan worden verhoogd, waardoor deze niet geschikt is voor gebruik als versterkingsvezel om mid-infrarood lasers te genereren. Hoewel het fluorideglassubstraat een iets hogere fononenergie (550 cm-1) heeft dan het sulfideglassubstraat, kan het ook een transmissie met laag verlies bereiken voor mid-infraroodlasers met golflengten kleiner dan 4 μm. Belangrijker nog is dat het fluorideglassubstraat een hoge dopingconcentratie voor zeldzame-aarde-ionen kan bereiken, wat de benodigde versterking kan bieden voor mid-infraroodlasergeneratie. Zo heeft de meest ontwikkelde fluoride ZBLAN-vezel voor Er3+ een dopingconcentratie tot 10 mol bereikt. Daarom is een fluorideglassmatrix het meest geschikte fibermatrixmateriaal voor mid-infraroodfiberlasers.

Onlangs heeft het team van professor Ruan Shuangchen en professor Guo Chunyu aan de Universiteit van Shenzhen een krachtige femtoseconde-sensor ontwikkeldpulsvezellasersamengesteld uit een 2,8 μm mode-locked Er:ZBLAN vezeloscillator, een single-mode Er:ZBLAN vezelvoorversterker en een grote-mode veld Er:ZBLAN vezelhoofdversterker.
Gebaseerd op de zelfcompressie- en versterkingstheorie van mid-infrarood ultrakorte pulsen, aangestuurd door de polarisatietoestand, en numerieke simulaties van onze onderzoeksgroep, gecombineerd met niet-lineaire onderdrukkings- en modusregelmethoden van grootformaat optische vezels, actieve koeltechnologie en de versterkingsstructuur van een dubbelzijdige pomp, behaalt 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 dat door deze onderzoeksgroep is behaald, werd verder opgefrist.

Figuur 1 Structuurdiagram van Er:ZBLAN-vezellaser op basis van MOPA-structuur
De structuur van defemtoseconde laserHet systeem is weergegeven in Figuur 1. De single-mode double-clad 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 double-clad large-mode field Er:ZBLAN-vezel 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 pulsuitgang met hogere pulsenergie kan weerstaan. Beide uiteinden van de versterkingsvezel zijn gefuseerd aan de AlF3-aansluiting.