Femtosekund med høj effektlaserhar stor anvendelsesværdi inden for videnskabelig forskning og industrielle områder såsom terahertz-generering, attosecond-pulsgenerering 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.
Tyndt ark laser bruger multi-pass pumpe struktur til at afspejlepumpe lystil arkforstærkningsmediet med en tykkelse på 100 mikron for højeffektiv pumpeabsorption.Det ekstremt tynde forstærkningsmedium kombineret med tilbagekølingsteknologi reducerer i høj grad påvirkningen af termisk linseeffekt og ikke-lineær effekt og kan opnå højere effekt femtosekund pulsoutput.
Wafer-oscillatorer kombineret med Kerr-linsetilstandslåsende teknologi er de vigtigste midler til at opnå laseroutput med høj gennemsnitlig effekt med pulsbredde i størrelsesordenen femtosekund.
FIG.1 (a) 72 optisk strukturdiagram og (b) fysisk diagram af pumpemodulet
Et team af forskere fra det kinesiske videnskabsakademi designede og byggede en Kerr linse mode-locked sheet laser baseret på det selvudviklede 72-vejs pumpemodul og udviklede en Kerr linse mode-locked sheet laser med den højeste gennemsnitlige effekt og enkelt pulsenergi i Kina.
Baseret på princippet om Kerr-linsetilstandslåsning og den iterative beregning af ABCD-matrix, analyserede forskerholdet først tilstandslåsningsteorien for tyndplade Kerr-linsetilstandslåsende laser, simulerede tilstandsændringerne i resonatoren under tilstandslåseoperationen og kontinuerlig drift og bekræftede, at kavitetstilstandsradius ved den hårde membran vil blive reduceret med mere end 7 % efter tilstandslåsning.
Efterfølgende, styret af designprincippet, designede og byggede forskerholdet en Kerr-linsetilstandslåst resonator (FIG. 2) baseret på 72-vejs pumpemodulet (FIG. 1) uafhængigt udviklet af holdet, og opnåede en pulserende laser output med en gennemsnitlig effekt på 11,78W, en pulsbredde på 245 fs og en enkelt pulsenergi på 0,14μJ ved 72 W pumpetid.Bredden af udgangsimpulsen og variationen af intrakavitetstilstanden er i god overensstemmelse med simuleringsresultaterne.
FIG.2 Skematisk diagram af resonanshulrummet af den Kerr-linsetilstandslåste Yb:YAG-waferlaser brugt i eksperimentet
For at forbedre laserens udgangseffekt øgede forskerholdet krumningsradius for fokuseringsspejlet og finjusterede Kerr-mellemtykkelsen og andenordens spredning.Når pumpeeffekten blev sat til 94 W, blev den gennemsnitlige udgangseffekt øget til 22,33 W, og 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, mens resonatoren placeres i et lukket lavvakuummiljø for at reducere påvirkningen af luftforstyrrelser og luftspredning.
Indlægstid: 15. august 2023