Laser de folha com bloqueio de modo, laser ultrarrápido de alta energia e potência

femtosegundos de alta potêncialaserPossui grande valor de aplicação em pesquisas científicas e campos industriais, como geração de terahertz, geração de pulsos de attossegundos e pentes de frequência óptica.Lasers com bloqueio de móduloOs dispositivos baseados em meios de ganho de bloco tradicionais são limitados pelo efeito de lente térmica em alta potência, e atualmente a potência máxima de saída é de cerca de 20 W.

O laser de lâmina fina utiliza uma estrutura de bombeamento de múltiplos passes para refletir a luz.luz da bombapara o meio de ganho em forma de folha com espessura de 100 mícrons para absorção de bombeamento de alta eficiência. O meio de ganho extremamente fino, combinado com a tecnologia de resfriamento traseiro, reduz significativamente a influência do efeito de lente térmica e do efeito não linear, podendo alcançar uma saída de pulso de femtosegundo de maior potência.
Osciladores de pastilha combinados com a tecnologia de bloqueio de modo por lente Kerr são o principal meio para obter uma saída de laser de alta potência média com largura de pulso da ordem de femtosegundos.

FIG. 1 (a) Diagrama da estrutura óptica 72 e (b) diagrama físico do módulo de bombeamento

Uma equipe de pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências projetou e construiu um laser de folha com bloqueio de modo por lente Kerr, baseado em um módulo de bombeamento de 72 vias desenvolvido internamente, e desenvolveu um laser de folha com bloqueio de modo por lente Kerr com a maior potência média e energia de pulso único na China.
Com base no princípio do travamento de modos da lente de Kerr e no cálculo iterativo da matriz ABCD, a equipe de pesquisa analisou inicialmente a teoria do travamento de modos do laser de lente de Kerr de placa fina, simulou as mudanças de modo no ressonador durante a operação de travamento de modos e a operação contínua, e confirmou que o raio do modo da cavidade no diafragma rígido será reduzido em mais de 7% após o travamento de modos.

Posteriormente, guiada pelo princípio de projeto, a equipe de pesquisa projetou e construiu um ressonador de modo travado por lente Kerr (FIG. 2) baseado no módulo de bombeamento de 72 vias (FIG. 1) desenvolvido independentemente pela equipe, e obteve uma saída de laser pulsado com potência média de 11,78 W, largura de pulso de 245 fs e energia de pulso único de 0,14 μJ com tempo de bombeamento de 72 W. A largura do pulso de saída e a variação do modo intracavitário estão em boa concordância com os resultados da simulação.

FIG. 2 Diagrama esquemático da cavidade ressonante do laser de pastilha Yb:YAG com bloqueio de modo por lente Kerr usado no experimento.

Para melhorar a potência de saída do laser, a equipe de pesquisa aumentou o raio de curvatura do espelho de focalização e ajustou a espessura do meio Kerr e a dispersão de segunda ordem. Quando a potência de bombeamento foi definida em 94 W, a potência média de saída aumentou para 22,33 W, a largura do pulso foi de 394 fs e a energia do pulso único foi de 0,28 μJ.

Para aumentar ainda mais a potência de saída, a equipe de pesquisa aumentará o raio de curvatura do par de espelhos côncavos focalizados, ao mesmo tempo que colocará o ressonador em um ambiente fechado de baixo vácuo para reduzir a influência da perturbação e dispersão do ar.