Gjennombrudd! Verdens kraftigste 3 μm middels infrarøde femtosekund fiberlaser

Gjennombrudd! Verdens kraftigste 3 μm mellominfrarødefemtosekund fiberlaser

FiberlaserFor å oppnå mid-infrarød laserutgang er det første trinnet å velge riktig fibermatrisemateriale. I nær-infrarøde fiberlasere er kvartsglassmatrise det vanligste fibermatrisematerialet med svært lavt transmisjonstap, pålitelig mekanisk styrke og utmerket stabilitet. På grunn av den høye fononenergien (1150 cm-1) kan imidlertid ikke kvartsfiber brukes til mid-infrarød lasertransmisjon. For å oppnå lavtap i transmisjonen til mid-infrarød laser, må vi velge andre fibermatrisematerialer med lavere fononenergi, for eksempel sulfidglassmatrise eller fluoridglassmatrise. Sulfidfiber har den laveste fononenergien (ca. 350 cm-1), men problemet er at dopingkonsentrasjonen ikke kan økes, så den er ikke egnet for bruk som forsterkningsfiber for å generere mid-infrarød laser. Selv om fluoridglasssubstratet har en litt høyere fononenergi (550 cm-1) enn sulfidglasssubstratet, kan det også oppnå lavtap i transmisjonen til mid-infrarøde lasere med bølgelengder mindre enn 4 μm. Enda viktigere er det at fluoridglasssubstratet kan oppnå en høy dopingkonsentrasjon av sjeldne jordartsmetaller, noe som kan gi den forsterkningen som kreves for generering av mid-infrarøde lasere. For eksempel har den mest modne fluorid ZBLAN-fiberen for Er3+ vært i stand til å oppnå en dopingkonsentrasjon på opptil 10 mol. Derfor er fluoridglassmatrise det mest passende fibermatrisematerialet for mid-infrarøde fiberlasere.

Nylig utviklet teamet til professor Ruan Shuangchen og professor Guo Chunyu ved Shenzhen University en femtosekund med høy effekt.pulsfiberlaserbestående av 2,8 μm moduslåst Er:ZBLAN fiberoscillator, enkeltmodus Er:ZBLAN fiberforforsterker og stormodusfelt Er:ZBLAN fiberhovedforsterker.
Basert på selvkompresjons- og forsterkningsteorien for ultrakorte pulser i mellominfrarødt spektrum kontrollert av polarisasjonstilstand og numerisk simuleringsarbeid utført av vår forskningsgruppe, kombinert med ikke-lineære undertrykkelses- og moduskontrollmetoder for stormodusoptisk fiber, aktiv kjøleteknologi og forsterkningsstrukturen til en dobbeltpumpe, oppnår systemet en ultrakort pulsutgang på 2,8 μm med en gjennomsnittlig effekt på 8,12 W og en pulsbredde på 148 fs. Den internasjonale rekorden for høyeste gjennomsnittlige effekt oppnådd av denne forskningsgruppen ble ytterligere oppdatert.

Figur 1 Strukturdiagram for Er:ZBLAN-fiberlaser basert på MOPA-struktur
Strukturen tilfemtosekundlaserSystemet er vist i figur 1. En enkeltmodus, dobbeltkledd Er:ZBLAN-fiber med en lengde på 3,1 m ble brukt som forsterkningsfiber i forforsterkeren med en dopingkonsentrasjon på 7 mol.% og en kjernediameter på 15 μm (NA = 0,12). I hovedforsterkeren ble en dobbeltkledd stormodusfelt Er:ZBLAN-fiber med en lengde på 4 m brukt som forsterkningsfiber med en dopingkonsentrasjon på 6 mol.% og en kjernediameter på 30 μm (NA = 0,12). Den større kjernediameteren gjør at forsterkningsfiberen har en lavere ikke-lineær koeffisient og tåler høyere toppeffekt og pulsutgang med større pulsenergi. Begge ender av forsterkningsfiberen er smeltet til AlF3-terminalhetten.