Høj effekt femtosekundlaserhar stor anvendelsesværdi inden for videnskabelig forskning og industrielle områder såsom terahertz-generering, attosekundpulsgenerering og optisk frekvenskam.Mod-låste laserebaseret på traditionelle blokforstærkningsmedier er begrænset af termisk linseeffekt ved høj effekt, og i øjeblikket er den maksimale udgangseffekt omkring 20 W.
Tyndpladelaser bruger multipass-pumpestruktur til at afspejlepumpelystil pladeforstærkningsmediet med en tykkelse på 100 mikron for højeffektiv pumpeabsorption. Det ekstremt tynde forstærkningsmedium kombineret med tilbagekølingsteknologi reducerer i høj grad indflydelsen af termisk linseeffekt og ikke-lineær effekt og kan opnå en femtosekundpulsoutput med højere effekt.
Waferoscillatorer kombineret med Kerr-linsetilstandslåsningsteknologi er det vigtigste middel til at opnå laseroutput med høj gennemsnitlig effekt og en pulsbredde i størrelsesordenen femtosekund.
FIG. 1 (a) 72 optisk strukturdiagram og (b) fysisk diagram af pumpemodulet
Et forskerhold fra det kinesiske videnskabsakademi designede og byggede en Kerr-linsetilstandslåst arklaser baseret på det egenudviklede 72-vejs pumpemodul og udviklede en Kerr-linsetilstandslåst arklaser med den højeste gennemsnitlige effekt og enkeltpulsenergi i Kina.
Baseret på princippet om Kerr-linse-mode-locking og den iterative beregning af ABCD-matrixen analyserede forskerholdet først mode-locking-teorien for en tyndplade Kerr-linse-mode-locking-laser, simulerede modeændringerne i resonatoren under mode-locking-drift og kontinuerlig drift og bekræftede, at kavitetsmode-radius ved den hårde membran vil blive reduceret med mere end 7% efter mode-locking.
Efterfølgende, styret af designprincippet, designede og byggede forskerholdet en Kerr-linse-mode-låst resonator (FIG. 2) baseret på 72-vejs pumpemodulet (FIG. 1), som holdet selv udviklede, og opnåede en pulserende laserudgang med en gennemsnitlig effekt på 11,78 W, en pulsbredde på 245 fs og en enkelt pulsenergi på 0,14 μJ ved 72 W pumpetid. Bredden af udgangspulsen og variationen af intrakavitetstilstanden er i god overensstemmelse med simuleringsresultaterne.
FIG. 2 Skematisk diagram af resonanskaviteten i den Kerr-linse-mode-låste Yb:YAG-waferlaser, der blev brugt i eksperimentet.
For at forbedre laserens udgangseffekt øgede forskerholdet fokusspejlets krumningsradius og finjusterede Kerr-mediets tykkelse og andenordens dispersion. Da pumpeeffekten blev indstillet til 94 W, blev den gennemsnitlige udgangseffekt øget til 22,33 W, pulsbredden var 394 fs, og den enkelte pulsenergi var 0,28 μJ.
For yderligere at øge udgangseffekten vil forskerholdet yderligere øge krumningsradiusen af det fokuserede konkave spejlpar, samtidig med at resonatoren placeres i et lukket miljø med lavt vakuum for at reducere indflydelsen fra luftforstyrrelser og luftspredning.
Opslagstidspunkt: 15. august 2023