Avenç! El làser de fibra de femtosegons d'infraroig mitjà de 3 μm de major potència del món

Avenç! L'infraroig mitjà de 3 μm de major potència del mónlàser de fibra de femtosegons

Làser de fibraPer aconseguir una sortida làser d'infraroig mitjà, el primer pas és seleccionar el material de matriu de fibra adequat. En els làsers de fibra d'infraroig proper, la matriu de vidre de quars és el material de matriu de fibra més comú amb una pèrdua de transmissió molt baixa, una resistència mecànica fiable i una excel·lent estabilitat. Tanmateix, a causa de l'alta energia fonònica (1150 cm-1), la fibra de quars no es pot utilitzar per a la transmissió de làser d'infraroig mitjà. Per aconseguir una transmissió de baixa pèrdua del làser d'infraroig mitjà, hem de tornar a seleccionar altres materials de matriu de fibra amb una energia fonònica més baixa, com ara la matriu de vidre de sulfur o la matriu de vidre de fluorur. La fibra de sulfur té l'energia fonònica més baixa (uns 350 cm-1), però té el problema que la concentració de dopatge no es pot augmentar, per la qual cosa no és adequada per al seu ús com a fibra de guany per generar làser d'infraroig mitjà. Tot i que el substrat de vidre de fluorur té una energia fonònica lleugerament superior (550 cm-1) que el substrat de vidre de sulfur, també pot aconseguir una transmissió de baixa pèrdua per a làsers d'infraroig mitjà amb longituds d'ona inferiors a 4 μm. Més important encara, el substrat de vidre de fluorur pot aconseguir una alta concentració de dopatge d'ions de terres rares, que pot proporcionar el guany necessari per a la generació de làsers d'infraroig mitjà; per exemple, la fibra ZBLAN de fluorur més madura per a Er3+ ha estat capaç d'aconseguir una concentració de dopatge de fins a 10 mol. Per tant, la matriu de vidre de fluorur és el material de matriu de fibra més adequat per als làsers de fibra d'infraroig mitjà.

Recentment, l'equip del professor Ruan Shuangchen i el professor Guo Chunyu de la Universitat de Shenzhen ha desenvolupat un sensor de femtosegons d'alta potència.làser de fibra de polscompost per un oscil·lador de fibra Er:ZBLAN de 2,8 μm amb mode bloquejat, un preamplificador de fibra Er:ZBLAN monomode i un amplificador principal de fibra Er:ZBLAN de camp gran.
Basant-se en la teoria d'autocompressió i amplificació dels polsos ultracurts d'infraroig mitjà controlats per l'estat de polarització i el treball de simulació numèrica del nostre grup de recerca, combinat amb mètodes de supressió no lineal i control de mode de fibra òptica de mode gran, tecnologia de refrigeració activa i estructura d'amplificació de bomba de doble extrem, el sistema obté una sortida de polsos ultracurts de 2,8 μm amb una potència mitjana de 8,12 W i una amplada de pols de 148 fs. El rècord internacional de la potència mitjana més alta aconseguida per aquest grup de recerca es va renovar encara més.

Figura 1 Diagrama estructural del làser de fibra Er:ZBLAN basat en l'estructura MOPA
L'estructura de lalàser de femtosegonsEl sistema es mostra a la Figura 1. La fibra Er:ZBLAN de doble revestiment monomodal de 3,1 m de longitud es va utilitzar com a fibra de guany al preamplificador amb una concentració de dopatge del 7% en mols i un diàmetre del nucli de 15 μm (NA = 0,12). A l'amplificador principal, es va utilitzar una fibra Er:ZBLAN de camp de mode gran de doble revestiment amb una longitud de 4 m com a fibra de guany amb una concentració de dopatge del 6% en mols i un diàmetre del nucli de 30 μm (NA = 0,12). El diàmetre del nucli més gran fa que la fibra de guany tingui un coeficient no lineal més baix i pugui suportar una potència màxima i una sortida d'impulsos més elevades amb una energia d'impulsos més gran. Els dos extrems de la fibra de guany estan fusionats a la tapa del terminal AlF3.