Terobosan! Laser serat femtosekon inframerah tengah 3 μm dengan daya tertinggi di dunia

Terobosan! Inframerah menengah 3 μm dengan daya tertinggi di dunialaser serat femtosekon

Laser seratUntuk mencapai keluaran laser inframerah menengah, langkah pertama adalah memilih material matriks serat yang sesuai. Pada laser serat inframerah dekat, matriks kaca kuarsa adalah material matriks serat yang paling umum dengan kehilangan transmisi yang sangat rendah, kekuatan mekanik 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 menengah. Untuk mencapai transmisi laser inframerah menengah dengan kehilangan rendah, kita perlu memilih kembali material matriks serat lain 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 penguat untuk menghasilkan laser inframerah menengah. Meskipun substrat kaca fluorida memiliki energi fonon yang sedikit lebih tinggi (550 cm⁻¹) daripada substrat kaca sulfida, ia juga dapat mencapai transmisi dengan kehilangan rendah untuk laser inframerah menengah dengan panjang gelombang kurang dari 4 μm. Yang 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 adalah material matriks serat yang paling cocok untuk laser serat inframerah menengah.

Baru-baru ini, tim yang dipimpin oleh Profesor Ruan Shuangchen dan Profesor Guo Chunyu di Universitas Shenzhen mengembangkan detektor femtosekon berdaya tinggi.laser serat pulsaTerdiri dari osilator serat Er:ZBLAN mode-terkunci 2,8μm, pra-penguat serat Er:ZBLAN mode tunggal, dan penguat utama serat Er:ZBLAN medan mode besar.
Berdasarkan teori kompresi diri dan amplifikasi pulsa ultra-pendek inframerah tengah yang dikendalikan oleh keadaan polarisasi dan pekerjaan 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 memperoleh keluaran pulsa ultra-pendek 2,8μm dengan daya rata-rata 8,12W dan lebar pulsa 148 fs. Rekor internasional untuk daya rata-rata tertinggi yang dicapai oleh kelompok penelitian ini semakin diperbarui.

Gambar 1 Diagram struktur laser serat Er:ZBLAN berdasarkan struktur MOPA
Struktur darilaser femtosekonSistem tersebut ditunjukkan pada Gambar 1. Serat Er:ZBLAN double-clad single-mode dengan panjang 3,1 m digunakan sebagai serat penguat pada preamplifier dengan konsentrasi doping 7 mol.% dan diameter inti 15 μm (NA = 0,12). Pada amplifier utama, serat Er:ZBLAN double-clad large mode field dengan panjang 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 serta keluaran pulsa dengan energi pulsa yang lebih besar. Kedua ujung serat penguat dilebur ke penutup terminal AlF3.