Femtosekund med høy effektlaserhar stor bruksverdi innen vitenskapelig forskning og industrielle felt som terahertz-generering, attosecond-pulsgenerering og optisk frekvenskam.Mod-låste laserebasert på tradisjonelle blokkforsterkningsmedier begrenses av termisk linseeffekt ved høy effekt, og for øyeblikket er den maksimale utgangseffekten omtrent 20 W.
Tynnarklaser bruker multi-pass pumpestruktur for å reflekterepumpe lystil arket forsterkningsmedium med en tykkelse på 100 mikron for høyeffektiv pumpeabsorpsjon. Det ekstremt tynne forsterkningsmediet kombinert med tilbakekjølingsteknologi reduserer i stor grad påvirkningen av termisk linseeffekt og ikke-lineær effekt, og kan oppnå høyere effekt femtosekund pulsutgang.
Wafer-oscillatorer kombinert med Kerr-linsemoduslåseteknologi er hovedmetoden for å oppnå laserutgang med høy gjennomsnittlig effekt med 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 høyest gjennomsnittlig effekt og enkelt pulsenergi i Kina.
Basert på prinsippet om Kerr-linsemoduslåsing og den iterative beregningen av ABCD-matrise, analyserte forskerteamet først moduslåsingsteorien for tynnplate Kerr-linsemoduslåsende laser, simulerte modusendringene i resonatoren under moduslåsingsoperasjonen og kontinuerlig drift, og bekreftet at hulromsmodusradius ved den harde membranen vil reduseres med mer enn 7 % etter moduslåsing.
Deretter, guidet av designprinsippet, designet og bygde forskerteamet en Kerr-linsemoduslåst resonator (FIG. 2) basert på 72-veis pumpemodulen (FIG. 1) uavhengig utviklet av teamet, og oppnådde en pulserende laser utgang med en gjennomsnittlig effekt på 11,78W, en pulsbredde på 245 fs og en enkeltpulsenergi på 0,14μJ ved 72 W pumpetid. Bredden på utgangspulsen og variasjonen av intrakavitetsmodus er i god overensstemmelse med simuleringsresultatene.
FIG. 2 Skjematisk diagram av resonanshulen til Kerr-linsen moduslåst Yb:YAG wafer laser brukt i eksperimentet
For å forbedre utgangseffekten til laseren økte forskergruppen krumningsradiusen til fokusspeilet, og finjusterte Kerr-middeltykkelsen og andreordens spredning. Når 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 ytterligere å øke utgangseffekten vil forskerteamet ytterligere øke krumningsradiusen til det fokuserte konkave speilparet, samtidig som resonatoren plasseres i et lukket miljø med lavt vakuum for å redusere påvirkningen av luftforstyrrelser og luftspredning.
Innleggstid: 15. august 2023