Gennembrud! Verdens højeste effekt 3 μm mid-infrarød femtosekund fiberlaser

Gennembrud! Verdens højeste effekt 3 μm mid-infrarødfemtosekund fiberlaser

Fiberlaserfor at opnå mid-infrarød laseroutput er det første trin at vælge det passende fibermatrixmateriale. I nær-infrarøde fiberlasere er kvartsglasmatrix det mest almindelige fibermatrixmateriale med meget lavt transmissionstab, pålidelig mekanisk styrke og fremragende stabilitet. Men på grund af den høje fononenergi (1150 cm-1) kan kvartsfiber ikke bruges til mid-infrarød lasertransmission. For at opnå lavt tabstransmission af mid-infrarød laser, er vi nødt til at genvælge andre fibermatrixmaterialer med lavere fononenergi, såsom sulfidglasmatrix eller fluoridglasmatrix. Sulfidfiber har den laveste fononenergi (ca. 350 cm-1), men den har det problem, at dopingkoncentrationen ikke kan øges, så den er ikke egnet til brug som forstærkningsfiber til at generere mid-infrarød laser. Selvom fluoridglassubstratet har en lidt højere fononenergi (550 cm-1) end sulfidglassubstratet, kan det også opnå lav-tab transmission for mid-infrarøde lasere med bølgelængder mindre end 4 μm. Endnu vigtigere er det, at fluoridglassubstratet kan opnå en høj ion-dopingkoncentration af sjældne jordarter, som kan give den forstærkning, der kræves til generering af mid-infrarød laser, for eksempel har den mest modne fluorid ZBLAN-fiber til Er3+ været i stand til at opnå en dopingkoncentration på op til 10 mol. Derfor er fluoridglasmatrix det mest egnede fibermatrixmateriale til melleminfrarøde fiberlasere.

For nylig udviklede holdet af professor Ruan Shuangchen og professor Guo Chunyu ved Shenzhen University et højeffekt femtosekundpulsfiberlasersammensat af 2,8μm mode-låst Er:ZBLAN fiberoscillator, single-mode Er:ZBLAN fiberforforstærker og stor-mode felt Er:ZBLAN fiber hovedforstærker.
Baseret på selvkompressions- og forstærkningsteorien om mid-infrarød ultrakort puls styret af polarisationstilstand og numerisk simuleringsarbejde i vores forskningsgruppe, kombineret med ikke-lineære undertrykkelse og modekontrolmetoder for stor-mode optisk fiber, aktiv køleteknologi og forstærkning struktur af dobbelt-ende pumpe, systemet opnår 2,8μm ultrakort pulsudgang med en gennemsnitlig effekt på 8,12W og en pulsbredde på 148 fs. Den internationale rekord for den højeste gennemsnitlige effekt opnået af denne forskergruppe blev yderligere genopfrisket.

Figur 1 Strukturdiagram af Er:ZBLAN fiberlaser baseret på MOPA struktur
Strukturen affemtosekund lasersystemet er vist i figur 1. Den single-mode dobbeltbeklædte Er:ZBLAN-fiber på 3,1 m længde blev brugt som forstærkningsfiber i forforstærkeren med en dopingkoncentration på 7 mol.% og en kernediameter på 15 μm (NA = 0,12). I hovedforstærkeren blev der brugt en dobbeltbeklædt large mode field Er:ZBLAN fiber med en længde på 4 m som gain fiber med en dopingkoncentration på 6 mol.% og en kernediameter på 30 μm (NA = 0,12). Den større kernediameter gør, at forstærkningsfiberen har en lavere ikke-lineær koefficient og kan modstå højere spidseffekt og pulsoutput med større pulsenergi. Begge ender af forstærkningsfiberen er smeltet sammen med AlF3-terminalhætten.