Højtydende ultrahurtig waferlaserteknologi

Højtydende ultrahurtig waferlaserteknologi
Høj effektultrahurtige lasereanvendes i vid udstrækning inden for avanceret fremstilling, information, mikroelektronik, biomedicin, nationalt forsvar og militære områder, og relevant videnskabelig forskning er afgørende for at fremme national videnskabelig og teknologisk innovation og udvikling af høj kvalitet. Tynd skivelaser systemmed sine fordele ved høj gennemsnitseffekt, stor pulsenergi og fremragende strålekvalitet har stor efterspørgsel inden for attosekundfysik, materialebehandling og andre videnskabelige og industrielle områder, og har været meget bekymret af lande over hele verden.
For nylig har et forskerhold i Kina brugt selvudviklet wafermodul og regenerativ forstærkningsteknologi til at opnå højtydende (høj stabilitet, høj effekt, høj strålekvalitet, høj effektivitet) ultrahurtig waferlaserproduktion. Gennem designet af regenereringsforstærkerens hulrum og styringen af ​​overfladetemperaturen og mekanisk stabilitet af skivekrystallen i hulrummet opnås laseroutputtet med enkeltpulsenergi >300 μJ, pulsbredde <7 ps, gennemsnitseffekt >150 W , og den højeste lys-til-lys-konverteringseffektivitet kan nå op på 61 %, hvilket også er den højeste optiske konverteringseffektivitet, der hidtil er rapporteret. Strålekvalitetsfaktoren M2<1,06@150W, 8h stabilitet RMS<0,33%, denne præstation markerer et vigtigt fremskridt inden for højtydende ultrahurtig waferlaser, som vil give flere muligheder for højeffekt ultrahurtige laserapplikationer.

Høj gentagelsesfrekvens, højeffekt waferregenereringssystem
Strukturen af ​​waferlaserforstærkeren er vist i figur 1. Den omfatter en fiberfrøkilde, et laserhoved i tynde skiver og et regenerativt forstærkerhulrum. En ytterbium-doteret fiberoscillator med en gennemsnitlig effekt på 15 mW, en central bølgelængde på 1030 nm, en pulsbredde på 7,1 ps og en gentagelseshastighed på 30 MHz blev brugt som frøkilde. Waferlaserhovedet bruger en hjemmelavet Yb: YAG-krystal med en diameter på 8,8 mm og en tykkelse på 150 µm og et 48-takts pumpesystem. Pumpekilden bruger en nul-fonon linje LD med en 969 nm låsebølgelængde, hvilket reducerer kvantefejlen til 5,8 %. Den unikke kølestruktur kan effektivt afkøle waferkrystallen og sikre stabiliteten af ​​regenereringshulrummet. Det regenerative forstærkende hulrum består af Pockels-celler (PC), Thin Film Polarisators (TFP), Quarter-Wave Plates (QWP) og en højstabilitetsresonator. Isolatorer bruges til at forhindre, at forstærket lys skader frøkilden omvendt. En isolatorstruktur bestående af TFP1, Rotator og Half-Wave Plates (HWP) bruges til at isolere inputfrø og forstærkede impulser. Seed-impulsen kommer ind i regenereringsamplifikationskammeret via TFP2. Bariummetaborat (BBO) krystaller, PC og QWP kombineres for at danne en optisk switch, der tilfører en periodisk høj spænding til pc'en for selektivt at fange frøpulsen og sprede den frem og tilbage i hulrummet. Den ønskede puls oscillerer i hulrummet og forstærkes effektivt under udbredelsen frem og tilbage ved at finjustere boksens kompressionsperiode.
Wafer-regenereringsforstærkeren viser god udgangsydelse og vil spille en vigtig rolle i avancerede fremstillingsområder såsom ekstrem ultraviolet litografi, attosecond pump source, 3C elektronik og nye energikøretøjer. Samtidig forventes waferlaserteknologien at blive anvendt til store superkraftigelaserapparater, hvilket giver et nyt eksperimentelt middel til dannelse og findetektion af stof på rumskalaen i nanoskala og femtosekunds tidsskala. Med det mål at tjene landets store behov vil projektteamet fortsætte med at fokusere på laserteknologiinnovation, yderligere bryde gennem forberedelsen af ​​strategiske højeffektlaserkrystaller og effektivt forbedre den uafhængige forsknings- og udviklingsevne af laserenheder i områderne information, energi, avanceret udstyr og så videre.