Terobosan! Laser serat femtodetik inframerah menengah 3 μm berdaya tertinggi di dunia

Terobosan! Inframerah menengah 3 μm berdaya tertinggi di dunialaser serat femtodetik

Laser seratuntuk mencapai keluaran laser inframerah-tengah, langkah pertama adalah memilih bahan matriks serat yang sesuai. Dalam laser serat inframerah-dekat, matriks kaca kuarsa adalah bahan matriks serat yang paling umum dengan kehilangan transmisi yang sangat rendah, kekuatan mekanis yang andal dan stabilitas yang sangat baik. Namun, karena energi fonon yang tinggi (1150 cm-1), serat kuarsa tidak dapat digunakan untuk transmisi laser inframerah-tengah. Untuk mencapai transmisi kehilangan rendah laser inframerah-tengah, kita perlu memilih kembali bahan matriks serat lainnya dengan energi fonon yang lebih rendah, seperti matriks kaca sulfida atau matriks kaca fluorida. Serat sulfida memiliki energi fonon terendah (sekitar 350 cm-1), tetapi memiliki masalah bahwa konsentrasi doping tidak dapat ditingkatkan, sehingga tidak cocok untuk digunakan sebagai serat penguatan untuk menghasilkan laser inframerah-tengah. Meskipun substrat kaca fluorida memiliki energi fonon yang sedikit lebih tinggi (550 cm-1) daripada substrat kaca sulfida, substrat ini juga dapat mencapai transmisi rugi-rugi rendah untuk laser inframerah-menengah dengan panjang gelombang kurang dari 4 μm. Lebih penting lagi, substrat kaca fluorida dapat mencapai konsentrasi doping ion tanah jarang yang tinggi, yang dapat memberikan penguatan yang dibutuhkan untuk pembangkitan laser inframerah-menengah. Misalnya, serat ZBLAN fluorida yang paling matang untuk Er3+ telah mampu mencapai konsentrasi doping hingga 10 mol. Oleh karena itu, matriks kaca fluorida merupakan material matriks serat yang paling sesuai untuk laser serat inframerah-menengah.

Baru-baru ini, tim Profesor Ruan Shuangchen dan Profesor Guo Chunyu di Universitas Shenzhen mengembangkan femtosecond berdaya tinggilaser serat pulsaterdiri dari osilator serat Er:ZBLAN mode-terkunci 2,8μm, preamplifier serat Er:ZBLAN mode tunggal, dan penguat utama serat Er:ZBLAN medan mode besar.
Berdasarkan teori kompresi diri dan amplifikasi pulsa ultra-pendek inframerah-menengah yang dikontrol oleh keadaan polarisasi dan simulasi numerik dari kelompok penelitian kami, dikombinasikan dengan metode penekanan nonlinier dan kontrol mode serat optik mode besar, teknologi pendinginan aktif, dan struktur amplifikasi pompa ujung ganda, sistem ini menghasilkan keluaran pulsa ultra-pendek 2,8μm dengan daya rata-rata 8,12W dan lebar pulsa 148 fs. Rekor internasional daya rata-rata tertinggi yang dicapai oleh kelompok penelitian ini semakin terekam.

Gambar 1 Diagram struktur laser serat Er:ZBLAN berdasarkan struktur MOPA
Struktur darilaser femtodetikSistem ditunjukkan pada Gambar 1. Serat Er:ZBLAN mode tunggal berlapis ganda sepanjang 3,1 m digunakan sebagai serat penguat pada preamplifier dengan konsentrasi doping 7 mol.% dan diameter inti 15 μm (NA = 0,12). Pada penguat utama, serat Er:ZBLAN medan mode besar berlapis ganda sepanjang 4 m digunakan sebagai serat penguat dengan konsentrasi doping 6 mol.% dan diameter inti 30 μm (NA = 0,12). Diameter inti yang lebih besar membuat serat penguat memiliki koefisien nonlinier yang lebih rendah dan dapat menahan daya puncak yang lebih tinggi dan keluaran pulsa dengan energi pulsa yang lebih besar. Kedua ujung serat penguat difusikan ke tutup terminal AlF3.