Avanço! O laser de fibra femtossegundo de infravermelho médio de 3 μm de maior potência do mundo

Avanço! O infravermelho médio de 3 μm de maior potência do mundolaser de fibra de femtossegundo

Laser de fibraPara obter a saída do laser no infravermelho médio, o primeiro passo é selecionar o material de matriz de fibra apropriado. Em lasers de fibra no infravermelho próximo, a matriz de vidro de quartzo é o material de matriz de fibra mais comum, com perdas de transmissão muito baixas, resistência mecânica confiável e excelente estabilidade. No entanto, devido à alta energia do fônon (1150 cm-1), a fibra de quartzo não pode ser usada para transmissão do laser no infravermelho médio. Para obter a transmissão do laser no infravermelho médio com baixas perdas, precisamos selecionar outros materiais de matriz de fibra com menor energia do fônon, como matriz de vidro de sulfeto ou matriz de vidro de flúor. A fibra de sulfeto tem a menor energia do fônon (cerca de 350 cm-1), mas tem o problema de que a concentração de dopagem não pode ser aumentada, portanto, não é adequada para uso como fibra de ganho para gerar laser no infravermelho médio. Embora o substrato de vidro fluoretado tenha uma energia de fônons ligeiramente maior (550 cm-1) do que o substrato de vidro sulfeto, ele também pode atingir baixa perda de transmissão para lasers de infravermelho médio com comprimentos de onda inferiores a 4 μm. Mais importante ainda, o substrato de vidro fluoretado pode atingir uma alta concentração de dopagem de íons de terras raras, o que pode fornecer o ganho necessário para a geração de lasers de infravermelho médio. Por exemplo, a fibra ZBLAN de fluoreto mais madura para Er3+ conseguiu atingir uma concentração de dopagem de até 10 mol. Portanto, a matriz de vidro fluoretado é o material de matriz de fibra mais adequado para lasers de fibra de infravermelho médio.

Recentemente, a equipe do Professor Ruan Shuangchen e do Professor Guo Chunyu da Universidade de Shenzhen desenvolveu um femtossegundo de alta potêncialaser de fibra pulsadacomposto por oscilador de fibra Er:ZBLAN de modo bloqueado de 2,8 μm, pré-amplificador de fibra Er:ZBLAN de modo único e amplificador principal de fibra Er:ZBLAN de campo de modo grande.
Com base na teoria de autocompressão e amplificação de pulsos ultracurtos no infravermelho médio, controlados pelo estado de polarização e no trabalho de simulação numérica do nosso grupo de pesquisa, combinados com métodos de supressão não linear e controle de modo de fibra óptica de modo largo, tecnologia de resfriamento ativo e estrutura de amplificação de bomba de extremidade dupla, o sistema obtém uma saída de pulso ultracurto de 2,8 μm com uma potência média de 8,12 W e uma largura de pulso de 148 fs. O recorde internacional de maior potência média alcançado por este grupo de pesquisa foi ainda mais atualizado.

Figura 1 Diagrama da estrutura do laser de fibra Er:ZBLAN baseado na estrutura MOPA
A estrutura dolaser de femtossegundoO sistema é mostrado na Figura 1. A fibra Er:ZBLAN de revestimento duplo monomodo de 3,1 m de comprimento foi usada como fibra de ganho no pré-amplificador com uma concentração de dopagem de 7 mol.% e um diâmetro do núcleo de 15 μm (NA = 0,12). No amplificador principal, uma fibra Er:ZBLAN de campo de modo grande de revestimento duplo com um comprimento de 4 m foi usada como fibra de ganho com uma concentração de dopagem de 6 mol.% e um diâmetro do núcleo de 30 μm (NA = 0,12). O diâmetro do núcleo maior faz com que a fibra de ganho tenha menor coeficiente não linear e possa suportar maior potência de pico e saída de pulso de maior energia de pulso. Ambas as extremidades da fibra de ganho são fundidas ao terminal de AlF3.