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

Terobosan! Daya tertinggi di dunia 3 μm inframerah menengahlaser serat femtodetik

Laser seratuntuk mencapai keluaran laser inframerah menengah, 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 menengah. Untuk mencapai transmisi kehilangan rendah dari laser inframerah menengah, 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 menengah. 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-rendah untuk laser inframerah menengah dengan panjang gelombang kurang dari 4 μm. Yang lebih penting, substrat kaca fluorida dapat mencapai konsentrasi doping ion tanah jarang yang tinggi, yang dapat memberikan penguatan yang diperlukan 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 bahan 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 ultrapendek 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 memperoleh keluaran pulsa ultrapendek 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 diperbarui.

Gambar 1 Diagram struktur laser serat Er:ZBLAN berdasarkan struktur MOPA
Struktur darilaser femtodetikSistem ditunjukkan pada Gambar 1. Serat Er:ZBLAN berselubung ganda mode tunggal dengan panjang 3,1 m digunakan sebagai serat penguatan pada preamplifier dengan konsentrasi doping 7 mol.% dan diameter inti 15 μm (NA = 0,12). Pada penguat utama, serat Er:ZBLAN berselubung ganda dengan medan mode besar dengan panjang 4 m digunakan sebagai serat penguatan dengan konsentrasi doping 6 mol.% dan diameter inti 30 μm (NA = 0,12). Diameter inti yang lebih besar membuat serat penguatan 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 penguatan menyatu dengan tutup terminal AlF3.