Hoge femtosecondelaserheeft een grote toepassingswaarde in wetenschappelijk onderzoek en industriële gebieden zoals terahertzgeneratie, attosecondepulsgeneratie en optische frequentiekam.Mod-locked lasersgebaseerd op traditionele block-gain media worden beperkt door het thermische lenseffect bij hoog vermogen, en momenteel bedraagt het maximale uitgangsvermogen ongeveer 20 W.
Dunne plaatlasers gebruiken een multi-pass pompstructuur om depomp lichtAan het plaatversterkingsmedium met een dikte van 100 micron voor een zeer efficiënte pompabsorptie. Het extreem dunne versterkingsmedium, gecombineerd met backcooling-technologie, vermindert de invloed van het thermische lenseffect en het niet-lineaire effect aanzienlijk en kan een hogere femtoseconde pulsoutput bereiken.
Waferoscillatoren gecombineerd met Kerr-lensmodusvergrendelingstechnologie zijn de belangrijkste middelen om een hoog gemiddeld laservermogen te verkrijgen met een pulsbreedte in de orde van femtoseconden.
FIG. 1 (a) 72 optisch structuurdiagram en (b) fysiek diagram van de pompmodule
Een team onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een Kerr-lensmodusvergrendelde bladlaser ontworpen en gebouwd op basis van de zelfontwikkelde 72-weg pompmodule. Daarnaast hebben ze een Kerr-lensmodusvergrendelde bladlaser ontwikkeld met het hoogste gemiddelde vermogen en de hoogste enkelvoudige pulsenergie in China.
Op basis van het principe van Kerr-lensmodusvergrendeling en de iteratieve berekening van de ABCD-matrix, analyseerde het onderzoeksteam eerst de theorie van modusvergrendeling van dunne plaat Kerr-lensmodusvergrendelingslasers, simuleerde de modusveranderingen in de resonator tijdens modusvergrendelingsbedrijf en continu bedrijf en bevestigde dat de holtemodusradius bij het harde diafragma met meer dan 7% wordt verminderd na modusvergrendeling.
Vervolgens ontwierp en bouwde het onderzoeksteam, geleid door het ontwerpprincipe, een Kerr-lens-mode-locked resonator (FIG. 2) op basis van de 72-weg pompmodule (FIG. 1) die onafhankelijk door het team was ontwikkeld. Het team behaalde een gepulste laseroutput met een gemiddeld vermogen van 11,78 W, een pulsbreedte van 245 fs en een enkele pulsenergie van 0,14 μJ bij een pomptijd van 72 W. De breedte van de uitgangspuls en de variatie van de intracavitaire modus komen goed overeen met de simulatieresultaten.
FIG. 2 Schematisch diagram van de resonantieholte van de Kerr-lens-modusvergrendelde Yb:YAG-waferlaser die in het experiment werd gebruikt
Om het uitgangsvermogen van de laser te verbeteren, vergrootte het onderzoeksteam de kromtestraal van de focusserende spiegel en verfijnde de Kerr-mediumdikte en tweede-orde dispersie. Wanneer het pompvermogen werd ingesteld op 94 W, steeg het gemiddelde uitgangsvermogen tot 22,33 W, bedroeg de pulsbreedte 394 fs en de energie van de enkele puls 0,28 μJ.
Om het uitgangsvermogen nog verder te vergroten, zal het onderzoeksteam de kromtestraal van het gefocusseerde concave spiegelpaar verder vergroten en de resonator in een gesloten omgeving met een laag vacuüm plaatsen om de invloed van luchtverstoring en luchtverspreiding te verminderen.
Plaatsingstijd: 15-08-2023