Femtoseconde met hoog vermogenlaserheeft een grote toepassingswaarde in wetenschappelijk onderzoek en industriële gebieden zoals terahertz-generatie, attoseconde-pulsgeneratie en optische frequentiekam.Mod-vergrendelde lasersgebaseerd op traditionele block-gain media worden beperkt door het thermische lenseffect bij hoog vermogen, en momenteel is het maximale uitgangsvermogen ongeveer 20 W.
Dunne-plaatlaser maakt gebruik van een pompstructuur met meerdere doorgangen om depomp lichtaan het plaatversterkingsmedium met een dikte van 100 micron voor een zeer efficiënte pompabsorptie.Het extreem dunne versterkingsmedium in combinatie met tegenkoelingstechnologie vermindert de invloed van het thermische lenseffect en het niet-lineaire effect aanzienlijk, en kan een femtoseconde pulsuitgang met een hoger vermogen bereiken.
Waferoscillatoren gecombineerd met Kerr-lensmodusvergrendelingstechnologie zijn het belangrijkste middel om een laseruitvoer met een hoog gemiddeld vermogen te verkrijgen met een pulsbreedte in de orde van femtoseconden.
AFB.1 (a) 72 optisch structuurdiagram en (b) fysiek diagram van de pompmodule
Een team van onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen ontwierp en bouwde een Kerr-lens-modus-vergrendelde plaatlaser op basis van de zelfontwikkelde 72-weg pompmodule, en ontwikkelde een Kerr-lens-modus-vergrendelde plaatlaser met het hoogste gemiddelde vermogen en enkele pulsenergie in China.
Gebaseerd op het principe van Kerr-lensmodusvergrendeling en de iteratieve berekening van de ABCD-matrix, analyseerde het onderzoeksteam eerst de modusvergrendelingstheorie van Kerr-lensmodusvergrendelingslaser met dunne plaat, en simuleerde de modusveranderingen in de resonator tijdens modusvergrendelingsoperatie en continu bedrijf, en bevestigde dat de straal van de holtemodus bij het harde diafragma met meer dan 7% zal worden verminderd na modusvergrendeling.
Vervolgens ontwierp en bouwde het onderzoeksteam, geleid door het ontwerpprincipe, een Kerr-lensmodus-vergrendelde resonator (FIG. 2) op basis van de 72-weg pompmodule (FIG.1) die onafhankelijk door het team was ontwikkeld, en verkreeg een gepulseerde laser output 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 intracavity-modus komen goed overeen met de simulatieresultaten.
AFB.2 Schematisch diagram van de resonantieholte van de Kerr-lens mode-locked Yb:YAG waferlaser die in het experiment werd gebruikt
Om het uitgangsvermogen van de laser te verbeteren, heeft het onderzoeksteam de kromtestraal van de focusseerspiegel vergroot en de gemiddelde dikte en de tweede orde dispersie van Kerr verfijnd.Toen het pompvermogen werd ingesteld op 94 W, werd het gemiddelde uitgangsvermogen verhoogd tot 22,33 W, de pulsbreedte was 394 fs en de enkele pulsenergie was 0,28 μJ.
Om het uitgangsvermogen verder te vergroten, zal het onderzoeksteam de kromtestraal van het gefocusseerde concave spiegelpaar verder vergroten, terwijl de resonator in een gesloten omgeving met laag vacuüm wordt geplaatst om de invloed van luchtverstoring en luchtverspreiding te verminderen.
Posttijd: 15 augustus 2023