Høy effekt femtosekundlaserhar stor anvendelsesverdi innen vitenskapelig forskning og industrielle felt som terahertz-generering, attosekundpulsgenerering og optisk frekvenskam.Mod-låste laserebasert på tradisjonelle blokkforsterkningsmedier er begrenset av termisk linseeffekt ved høy effekt, og for øyeblikket er den maksimale utgangseffekten omtrent 20 W.
Tynnplatelaser bruker flerpasspumpestruktur for å reflekterepumpelystil et arkforsterkningsmedium med en tykkelse på 100 mikron for høy effektiv pumpeabsorpsjon. Det ekstremt tynne forsterkningsmediet kombinert med tilbakekjølingsteknologi reduserer påvirkningen av termisk linseeffekt og ikke-lineær effekt betraktelig, og kan oppnå høyere effekt femtosekundpulsutgang.
Waferoscillatorer kombinert med Kerr-linsemoduslåseteknologi er hovedmidlene for å oppnå laserutgang med høy gjennomsnittlig effekt og pulsbredde i størrelsesorden femtosekund.
FIG. 1 (a) 72 optisk strukturdiagram og (b) fysisk diagram av pumpemodulen
Et team av forskere fra Det kinesiske vitenskapsakademiet designet og bygde en Kerr-linsemoduslåst arklaser basert på den egenutviklede 72-veis pumpemodulen, og utviklet en Kerr-linsemoduslåst arklaser med den høyeste gjennomsnittlige effekten og enkeltpulsenergien i Kina.
Basert på prinsippet om Kerr-linsemoduslåsing og iterativ beregning av ABCD-matrisen, analyserte forskerteamet først moduslåsingsteorien til en tynnplate Kerr-linsemoduslåsingslaser, simulerte modusendringene i resonatoren under moduslåsing og kontinuerlig drift, og bekreftet at hulromsmodusradiusen ved den harde membranen vil bli redusert med mer enn 7 % etter moduslåsing.
Deretter, veiledet av designprinsippet, designet og bygde forskerteamet en Kerr-linsemoduslåst resonator (FIG. 2) basert på 72-veis pumpemodulen (FIG. 1) som teamet utviklet uavhengig, og oppnådde en pulserende laserutgang med en gjennomsnittlig effekt på 11,78 W, en pulsbredde på 245 fs og en enkeltpulsenergi på 0,14 μJ ved 72 W pumpetid. Bredden på utgangspulsen og variasjonen i intrakavitetsmodusen stemmer godt overens med simuleringsresultatene.
FIG. 2 Skjematisk diagram av resonanshulrommet til Kerr-linsemoduslåst Yb:YAG-waferlaser brukt i eksperimentet
For å forbedre laserens utgangseffekt økte forskerteamet krumningsradiusen til fokuseringsspeilet og finjusterte Kerr-mediets tykkelse og andreordens dispersjon. Da pumpeeffekten ble satt til 94 W, ble den gjennomsnittlige utgangseffekten økt til 22,33 W, og pulsbredden var 394 fs og enkeltpulsenergien var 0,28 μJ.
For å øke utgangseffekten ytterligere, vil forskerteamet øke krumningsradiusen til det fokuserte konkave speilparet ytterligere, samtidig som resonatoren plasseres i et lukket miljø med lavt vakuum for å redusere påvirkningen av luftforstyrrelser og luftspredning.
Publisert: 15. august 2023