Hoogvermogen femtosecondelaserHet heeft een grote toepassingswaarde in wetenschappelijk onderzoek en industriële sectoren, zoals terahertz-generatie, attoseconde-pulsgeneratie en optische frequentiekammen.Mod-locked lasersDe op traditionele blokversterkingsmedia gebaseerde systemen worden bij hoog vermogen beperkt door het thermische lenseffect, en momenteel bedraagt het maximale uitgangsvermogen ongeveer 20 W.
Een dunne-plaatlaser maakt gebruik van een meertraps pompstructuur om de reflectie te bewerkstelligen.pomp lichtHet dunne versterkingsmedium heeft een dikte van 100 micron voor een zeer efficiënte pompabsorptie. De combinatie van dit extreem dunne versterkingsmedium met backcooling-technologie vermindert de invloed van het thermische lenseffect en niet-lineaire effecten aanzienlijk, waardoor een hogere femtoseconde-pulsoutput mogelijk is.
Waferoscillatoren in combinatie met Kerr-lens-modelockingtechnologie zijn de belangrijkste middelen om een laser met een hoog gemiddeld vermogen en een pulsbreedte in de orde van femtoseconden te verkrijgen.
FIG. 1 (a) 72 optische structuurdiagram en (b) fysiek diagram van de pompmodule
Een team van onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een Kerr-lens mode-locked sheetlaser ontworpen en gebouwd op basis van een zelfontwikkelde 72-voudige pompmodule, en daarmee de Kerr-lens mode-locked sheetlaser met het hoogste gemiddelde vermogen en de hoogste pulsenergie in China ontwikkeld.
Gebaseerd op het principe van Kerr-lens-modelocking en de iteratieve berekening van de ABCD-matrix, analyseerde het onderzoeksteam eerst de modelockingtheorie van een dunne-plaat Kerr-lens-modelockinglaser, simuleerde de modusveranderingen in de resonator tijdens modelocking en continue werking, en bevestigde dat de caviteitsmodusradius bij het harde membraan met meer dan 7% zal afnemen na modelocking.
Vervolgens ontwierp en bouwde het onderzoeksteam, geleid door het ontwerpprincipe, een Kerr-lens-modelocked resonator (figuur 2) op basis van de door het team zelf ontwikkelde 72-kanaals pompmodule (figuur 1). Hiermee werd een gepulseerde laseroutput verkregen met een gemiddeld vermogen van 11,78 W, een pulsbreedte van 245 fs en een energie per puls 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-mode-locked Yb:YAG-waferlaser die in het experiment is gebruikt.
Om het uitgangsvermogen van de laser te verbeteren, heeft het onderzoeksteam de kromtestraal van de focusseerspiegel vergroot en de dikte van het Kerr-medium en de tweede-orde dispersie nauwkeurig afgesteld. Bij een pompvermogen van 94 W steeg het gemiddelde uitgangsvermogen naar 22,33 W, met een pulsbreedte van 394 fs en een energie per puls van 0,28 μJ.
Om het uitgangsvermogen verder te verhogen, zal het onderzoeksteam de kromtestraal van het paar gefocusseerde concave spiegels verder vergroten, terwijl de resonator in een gesloten omgeving met een laag vacuüm wordt geplaatst om de invloed van luchtverstoring en luchtverspreiding te verminderen.
Geplaatst op: 15 augustus 2023