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

Avanço! A maior potência do mundo, 3 μm de infravermelho médiolaser de fibra de femtossegundo

Laser de fibrapara obter saída de laser infravermelho médio, o primeiro passo é selecionar o material de matriz de fibra apropriado. Em lasers de fibra infravermelho próximo, a matriz de vidro de quartzo é o material de matriz de fibra mais comum, com perda de transmissão muito baixa, 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 de laser no infravermelho médio. Para obter transmissão de baixa perda do laser infravermelho médio, precisamos selecionar novamente outros materiais de matriz de fibra com menor energia de fônons, como matriz de vidro de sulfeto ou matriz de vidro de flúor. A fibra de sulfeto tem a energia de fônons mais baixa (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 infravermelho médio. Embora o substrato de vidro fluoretado tenha uma energia fônon ligeiramente maior (550 cm-1) do que o substrato de vidro sulfeto, ele também pode obter transmissão de baixa perda para lasers infravermelhos médios com comprimentos de onda inferiores a 4 μm. Mais importante ainda, o substrato de vidro de flúor pode atingir uma alta concentração de dopagem de íons de terras raras, o que pode fornecer o ganho necessário para a geração de laser infravermelho médio, por exemplo, a fibra ZBLAN de flúor mais madura para Er3+ foi capaz de 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 no 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 de pulsocomposto por oscilador de fibra Er:ZBLAN com 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 do pulso ultracurto de infravermelho médio controlado pelo estado de polarização e trabalho de simulação numérica do nosso grupo de pesquisa, combinado com supressão não linear e métodos de controle de modo de fibra óptica de modo grande, tecnologia de resfriamento ativo e amplificação estrutura de bomba dupla, o sistema obtém saída de pulso ultracurto de 2,8 μm com potência média de 8,12 W e largura de pulso de 148 fs. O recorde internacional de potência média mais elevada alcançado por este grupo de investigação foi ainda mais atualizado.

Figura 1 Diagrama estrutural do laser de fibra Er:ZBLAN baseado na estrutura MOPA
A estrutura dolaser de femtosegundoO sistema é mostrado na Figura 1. A fibra Er:ZBLAN monomodo duplamente revestida 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 de núcleo de 15 μm (NA = 0,12). No amplificador principal, uma fibra Er: ZBLAN de campo duplo de grande modo com comprimento de 4 m foi usada como fibra de ganho com concentração de dopagem de 6% em mol e diâmetro de núcleo de 30 μm (NA = 0,12). O maior diâmetro do núcleo 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 à tampa do terminal AlF3.