Gennembrud! Verdens kraftigste 3 μm mid-infrarøde femtosekund fiberlaser

Gennembrud! Verdens kraftigste 3 μm melleminfrarødefemtosekund fiberlaser

FiberlaserFor at opnå mid-infrarød laseroutput er det første skridt 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. På grund af den høje fononenergi (1150 cm-1) kan kvartsfiber imidlertid ikke bruges til mid-infrarød lasertransmission. For at opnå lavtabstransmission i mid-infrarød lasere er vi nødt til at vælge andre fibermatrixmaterialer med lavere fononenergi, såsom sulfidglasmatrix eller fluoridglasmatrix. Sulfidfiber har den laveste fononenergi (ca. 350 cm-1), men det problem er, 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 lavtabstransmission for mid-infrarøde lasere med bølgelængder mindre end 4 μm. Endnu vigtigere er det, at fluoridglassubstratet kan opnå en høj dopingkoncentration af sjældne jordarters ioner, hvilket kan give den forstærkning, der kræves til generering af melleminfrarøde lasere. 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 teamet bestående af professor Ruan Shuangchen og professor Guo Chunyu ved Shenzhen Universitet en femtosekund med høj effekt.pulsfiberlaserbestående af 2,8 μm mode-låst Er:ZBLAN fiberoscillator, single-mode Er:ZBLAN fiberforforstærker og large-mode felt Er:ZBLAN fiber hovedforstærker.
Baseret på selvkomprimerings- og forstærkningsteorien for ultrakorte pulser i melleminfrarødt styret af polarisationstilstand og numerisk simuleringsarbejde udført af vores forskergruppe, kombineret med ikke-lineære undertrykkelses- og modekontrolmetoder for stormode-optisk fiber, aktiv køleteknologi og forstærkningsstrukturen af ​​en dobbeltpumpe, opnår systemet en ultrakort pulsudgang på 2,8 μm med en gennemsnitlig effekt på 8,12 W 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 dobbeltklædte Er:ZBLAN-fiber med en længde på 3,1 m blev brugt som forstærkningsfiber i forforstærkeren med en doteringskoncentration på 7 mol.% og en kernediameter på 15 μm (NA = 0,12). I hovedforstærkeren blev en dobbeltklædt stormodefelt Er:ZBLAN-fiber med en længde på 4 m brugt som forstærkningsfiber med en doteringskoncentration 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 peak-effekt og pulsoutput med større pulsenergi. Begge ender af forstærkningsfiberen er smeltet sammen med AlF3-terminalkappen.