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

Terobosan! Kekuatan tertinggi di dunia adalah inframerah tengah 3 μmlaser serat femtodetik

Laser seratuntuk mencapai keluaran laser inframerah tengah, langkah pertama adalah memilih bahan matriks serat yang sesuai. Pada laser serat inframerah dekat, matriks kaca kuarsa adalah bahan 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-tengah dengan kerugian rendah, kita perlu memilih kembali bahan matriks serat lainnya dengan energi fonon lebih rendah, seperti matriks kaca sulfida atau matriks kaca fluorida. Serat sulfida memiliki energi fonon paling rendah (sekitar 350 cm-1), namun memiliki kendala yaitu konsentrasi doping tidak dapat ditingkatkan, sehingga tidak cocok digunakan sebagai serat penguatan untuk menghasilkan laser inframerah tengah. Meskipun substrat kaca fluorida memiliki energi fonon yang sedikit lebih tinggi (550 cm-1) dibandingkan substrat kaca sulfida, substrat kaca fluorida juga dapat mencapai transmisi kerugian rendah untuk laser inframerah-tengah 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 diperlukan untuk pembuatan laser inframerah-tengah, misalnya, serat ZBLAN fluorida paling matang untuk Er3+ telah mampu mencapai konsentrasi doping sebesar hingga 10 mol. Oleh karena itu, matriks kaca fluorida adalah bahan matriks serat yang paling cocok untuk laser serat inframerah tengah.

Baru-baru ini, tim Profesor Ruan Shuangchen dan Profesor Guo Chunyu di Universitas Shenzhen mengembangkan femtosecond berkekuatan tinggilaser serat pulsaterdiri dari osilator serat Er:ZBLAN yang dikunci mode 2,8μm, preamplifier serat Er:ZBLAN mode tunggal, dan penguat utama serat Er:ZBLAN bidang mode besar.
Berdasarkan teori kompresi diri dan amplifikasi pulsa ultra-pendek inframerah-tengah yang dikendalikan 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 amplifikasi struktur pompa ujung ganda, sistem memperoleh keluaran pulsa ultra-pendek 2,8μm dengan daya rata-rata 8,12W dan lebar pulsa 148 fs. Rekor internasional mengenai kekuatan rata-rata tertinggi yang dicapai oleh kelompok penelitian ini semakin disegarkan.

Gambar 1 Diagram struktur laser serat Er:ZBLAN berdasarkan struktur MOPA
Strukturlaser femtodetiksistem ditunjukkan pada Gambar 1. Serat Er:ZBLAN berlapis ganda mode tunggal dengan panjang 3,1 m digunakan sebagai serat penguatan dalam 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 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 energi pulsa yang lebih besar. Kedua ujung serat penguatan menyatu ke tutup terminal AlF3.