Genombrott! Världens högsta effekt 3 μm mellaninfraröd femtosekund fiberlaser

Genombrott! Världens högsta effekt 3 μm mellaninfrarödfemtosekund fiberlaser

Fiberlaserför att uppnå mid-infraröd laserutgång är det första steget att välja lämpligt fibermatrismaterial. I nära-infraröda fiberlasrar är kvartsglasmatris det vanligaste fibermatrismaterialet med mycket låg transmissionsförlust, pålitlig mekanisk styrka och utmärkt stabilitet. Men på grund av den höga fononenergin (1150 cm-1) kan kvartsfiber inte användas för mellaninfraröd laseröverföring. För att uppnå lågförlustöverföring av medelinfraröd laser måste vi välja om andra fibermatrismaterial med lägre fononenergi, såsom sulfidglasmatris eller fluoridglasmatris. Sulfidfiber har den lägsta fononenergin (ca 350 cm-1), men den har problemet att dopningskoncentrationen inte kan ökas, så den är inte lämplig att använda som förstärkningsfiber för att generera mellaninfraröd laser. Även om fluoridglassubstratet har en något högre fononenergi (550 cm-1) än sulfidglassubstratet, kan det också uppnå lågförlustöverföring för mellaninfraröda lasrar med våglängder mindre än 4 μm. Ännu viktigare är att fluoridglassubstratet kan uppnå en hög koncentration av sällsynta jordartsmetalljoner, vilket kan ge den förstärkning som krävs för generering av medelinfraröd laser, till exempel har den mest mogna fluorid ZBLAN-fibern för Er3+ kunnat uppnå en dopningskoncentration på upp till 10 mol. Därför är fluoridglasmatris det mest lämpliga fibermatrismaterialet för mellaninfraröda fiberlasrar.

Nyligen utvecklade teamet av professor Ruan Shuangchen och professor Guo Chunyu vid Shenzhen University en femtosekund med hög effektpulsfiberlaserbestår av 2,8 μm lägeslåst Er:ZBLAN fiberoscillator, enkelläge Er:ZBLAN fiberförförstärkare och storlägesfält Er:ZBLAN fiberhuvudförstärkare.
Baserat på teorin om självkomprimering och förstärkning av ultrakort puls i mitten av infraröd styrd av polariseringstillstånd och numeriskt simuleringsarbete i vår forskargrupp, kombinerat med icke-linjär undertryckning och modkontrollmetoder för optisk fiber i stormod, aktiv kylningsteknik och förstärkning strukturen hos en pump med dubbla ändar, systemet erhåller 2,8 μm ultrakort pulsutgång med en genomsnittlig effekt på 8,12 W och en pulsbredd på 148 fs. Det internationella rekordet för den högsta medeleffekten som uppnåtts av denna forskargrupp förnyades ytterligare.

Figur 1 Strukturdiagram för Er:ZBLAN fiberlaser baserat på MOPA-struktur
Strukturen avfemtosekund lasersystemet visas i figur 1. Den enkelmodiga dubbelklädda Er:ZBLAN-fibern på 3,1 m längd användes som förstärkningsfiber i förförstärkaren med en dopningskoncentration på 7 mol.% och en kärndiameter på 15 μm (NA = 0,12). I huvudförstärkaren användes en dubbelklädd stormodsfält Er:ZBLAN-fiber med en längd på 4 m som förstärkningsfiber med en dopningskoncentration på 6 mol.% och en kärndiameter på 30 μm (NA = 0,12). Den större kärndiametern gör att förstärkningsfibern har lägre olinjär koefficient och tål högre toppeffekt och pulsutgång med större pulsenergi. Båda ändarna av förstärkningsfibern är sammansmälta med AlF3-terminallocket.