Genombrott! Världens mest kraftfulla 3 μm mellaninfraröda femtosekundfiberlaser

Genombrott! Världens mest effektstarka 3 μm mellaninfrarödafemtosekundfiberlaser

FiberlaserFör att uppnå laserutgång i mitten av infraröd strålning är det första steget att välja lämpligt fibermatrismaterial. I nära-infraröda fiberlasrar är kvartsglasmatris det vanligaste fibermatrismaterialet med mycket låg transmissionsförlust, pålitlig mekanisk hållfasthet och utmärkt stabilitet. På grund av den höga fononenergin (1150 cm⁻¹) kan dock kvartsfiber inte användas för lasertransmission i mitten av infraröd strålning. För att uppnå transmission med låg förlust för mitten av infraröd laser måste vi välja andra fibermatrismaterial med lägre fononenergi, såsom sulfidglasmatris eller fluoridglasmatris. Sulfidfiber har den lägsta fononenergin (cirka 350 cm⁻¹), men den har problemet att dopkoncentrationen inte kan ökas, så den är inte lämplig att använda som förstärkningsfiber för att generera mitten av infraröd laser. Även om fluoridglassubstratet har en något högre fononenergi (550 cm⁻¹) än sulfidglassubstratet, kan det också uppnå transmission med låg förlust för mitten av infraröda lasrar med våglängder mindre än 4 μm. Ännu viktigare är att fluoridglassubstratet kan uppnå en hög dopningskoncentration av sällsynta jordartsmetaller, vilket kan ge den förstärkning som krävs för generering av laser i mellaninfraröd spektrum. 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 fiberlasrar i mellaninfraröda spektrum.

Nyligen utvecklade teamet bestående av professor Ruan Shuangchen och professor Guo Chunyu vid Shenzhens universitet en femtosekund med hög effekt.pulsfiberlaserbestående av 2,8 μm modlåst Er:ZBLAN fiberoscillator, enmods Er:ZBLAN fiberförförstärkare och stormodsfälts Er:ZBLAN fiberhuvudförstärkare.
Baserat på självkomprimerings- och förstärkningsteorin för ultrakorta pulser i mitten-infraröd strålning styrda av polarisationstillstånd och numeriskt simuleringsarbete utfört av vår forskargrupp, i kombination med ickelinjära undertrycknings- och modkontrollmetoder för stormodiga optiska fibrer, aktiv kylningsteknik och förstärkningsstrukturen hos en dubbeländad pump, erhåller systemet en ultrakort pulsutgång på 2,8 μm med en genomsnittlig effekt på 8,12 W och en pulsbredd på 148 fs. Det internationella rekordet för den högsta genomsnittliga effekten som uppnåtts av denna forskargrupp uppdaterades ytterligare.

Figur 1 Strukturdiagram för Er:ZBLAN-fiberlaser baserad på MOPA-struktur
Strukturen avfemtosekundlaserSystemet visas i figur 1. Den singelmodiga, dubbelklädda Er:ZBLAN-fibern med en längd på 3,1 m 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 Er:ZBLAN-fiber med stort modfält och 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 en lägre ickelinjär koefficient och kan motstå högre toppeffekt och pulsutgång med större pulsenergi. Båda ändarna av förstärkningsfibern är säkrade till AlF3-terminalkon.