Revolucionário! O infravermelho médio de 3 μm com a maior potência do mundo.laser de fibra de femtosegundo
Laser de fibraPara obter emissão de laser no infravermelho médio, o primeiro passo é selecionar o material apropriado para a matriz da fibra. Em lasers de fibra no infravermelho próximo, a matriz de vidro de quartzo é o material mais comum, apresentando baixíssima perda de transmissão, resistência mecânica confiável e excelente estabilidade. No entanto, devido à alta energia de fônon (1150 cm⁻¹), a fibra de quartzo não pode ser usada para transmissão de laser no infravermelho médio. Para alcançar baixa perda de transmissão em lasers de infravermelho médio, precisamos selecionar outros materiais para a matriz da fibra com menor energia de fônon, como a matriz de vidro de sulfeto ou a matriz de vidro de fluoreto. A fibra de sulfeto possui a menor energia de fônon (cerca de 350 cm⁻¹), mas apresenta o problema de não ser possível aumentar a concentração de dopagem, portanto, não é adequada para uso como fibra de ganho na geração de laser no infravermelho médio. Embora o substrato de vidro fluoretado apresente uma energia de fônon ligeiramente superior (550 cm⁻¹) à do substrato de vidro sulfeto, ele também permite uma transmissão com baixa perda para lasers de infravermelho médio com comprimentos de onda inferiores a 4 μm. Mais importante ainda, o substrato de vidro fluoretado permite uma alta concentração de dopagem com íons de terras raras, o que proporciona o ganho necessário para a geração de lasers de infravermelho médio. Por exemplo, a fibra ZBLAN de fluoreto mais consolidada para Er³⁺ atingiu uma concentração de dopagem de até 10 mol. Portanto, a matriz de vidro fluoretado é o material mais adequado para a matriz de fibras de lasers de infravermelho médio.
Recentemente, a equipe do Professor Ruan Shuangchen e do Professor Guo Chunyu, da Universidade de Shenzhen, desenvolveu um laser de femtosegundo de alta potência.laser de fibra pulsadaComposto por um oscilador de fibra Er:ZBLAN com bloqueio de modo de 2,8 μm, um pré-amplificador de fibra Er:ZBLAN monomodo e um amplificador principal de fibra Er:ZBLAN de grande campo modal.
Com base na teoria de autocompressão e amplificação de pulsos ultracurtos no infravermelho médio, controlados pelo estado de polarização, e em simulações numéricas realizadas pelo nosso grupo de pesquisa, combinadas com métodos de supressão não linear e controle de modo em fibras ópticas de grande modo, tecnologia de resfriamento ativo e estrutura de amplificação com bomba de dupla extremidade, o sistema obteve um pulso ultracurto de 2,8 μm com potência média de 8,12 W e largura de pulso de 148 fs. O recorde internacional de maior potência média alcançado por este grupo de pesquisa foi, portanto, renovado.
Figura 1. Diagrama estrutural de um laser de fibra Er:ZBLAN baseado na estrutura MOPA.
A estrutura dolaser de femtosegundoO sistema é mostrado na Figura 1. Uma fibra monomodo de Er:ZBLAN com revestimento duplo e 3,1 m de comprimento foi utilizada 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 de Er:ZBLAN com revestimento duplo e campo modal amplo, com 4 m de comprimento, foi utilizada como fibra de ganho, com uma concentração de dopagem de 6 mol% e um diâmetro de núcleo de 30 μm (NA = 0,12). O maior diâmetro do núcleo confere à fibra de ganho um coeficiente não linear menor, permitindo suportar maior potência de pico e pulsos de saída com maior energia. Ambas as extremidades da fibra de ganho são fundidas a um terminal de AlF3.
Data da publicação: 19/02/2024