Pambihirang tagumpay! Pinakamataas na kapangyarihan sa mundo 3 μm mid-infrared femtosecond fiber laser

Pambihirang tagumpay! Pinakamataas na kapangyarihan sa mundo 3 μm mid-infraredfemtosecond fiber laser

Fiber laserupang makamit ang mid-infrared laser output, ang unang hakbang ay upang piliin ang naaangkop na materyal ng fiber matrix. Sa malapit-infrared fiber lasers, ang quartz glass matrix ay ang pinakakaraniwang fiber matrix na materyal na may napakababang pagkawala ng transmission, maaasahang mekanikal na lakas at mahusay na katatagan. Gayunpaman, dahil sa mataas na enerhiya ng phonon (1150 cm-1), hindi magagamit ang quartz fiber para sa mid-infrared laser transmission. Upang makamit ang mababang pagkawala ng paghahatid ng mid-infrared laser, kailangan nating muling pumili ng iba pang mga materyales sa fiber matrix na may mas mababang enerhiya ng phonon, tulad ng sulfide glass matrix o fluoride glass matrix. Ang sulfide fiber ay may pinakamababang enerhiya ng phonon (mga 350 cm-1), ngunit mayroon itong problema na ang doping concentration ay hindi maaaring tumaas, kaya hindi ito angkop para sa paggamit bilang isang gain fiber upang makabuo ng mid-infrared laser. Kahit na ang fluoride glass substrate ay may bahagyang mas mataas na phonon energy (550 cm-1) kaysa sa sulfide glass substrate, maaari rin itong makamit ang low-loss transmission para sa mid-infrared laser na may wavelength na mas mababa sa 4 μm. Higit sa lahat, ang fluoride glass substrate ay maaaring makamit ang isang mataas na bihirang earth ion doping concentration, na maaaring magbigay ng pakinabang na kinakailangan para sa mid-infrared laser generation, halimbawa, ang pinaka-mature na fluoride na ZBLAN fiber para sa Er3+ ay nagawang makamit ang doping concentration ng hanggang 10 mol. Samakatuwid, ang fluoride glass matrix ay ang pinaka-angkop na fiber matrix material para sa mid-infrared fiber lasers.

Kamakailan, ang pangkat nina Propesor Ruan Shuangchen at Propesor Guo Chunyu sa Shenzhen University ay nakabuo ng isang high-power na femtosecondpulse fiber laserbinubuo ng 2.8μm mode-locked Er:ZBLAN fiber oscillator, single-mode Er:ZBLAN fiber preamplifier at large-mode field Er:ZBLAN fiber main amplifier.
Batay sa self-compression at amplification theory ng mid-infrared ultra-short pulse na kinokontrol ng polarization state at numerical simulation work ng aming research group, na sinamahan ng nonlinear suppression at mode control method ng large-mode optical fiber, active cooling technology at amplification istraktura ng double-ended pump, ang system ay nakakakuha ng 2.8μm ultra-short pulse output na may average na kapangyarihan na 8.12W at isang pulse width ng 148 fs. Ang internasyonal na rekord ng pinakamataas na average na kapangyarihan na nakamit ng pangkat ng pananaliksik na ito ay higit na na-refresh.

Figure 1 Structure diagram ng Er:ZBLAN fiber laser batay sa MOPA structure
Ang istraktura ngfemtosecond lasersystem ay ipinapakita sa Figure 1. Ang single-mode double-clad Er:ZBLAN fiber na 3.1 m ang haba ay ginamit bilang gain fiber sa preamplifier na may doping concentration na 7 mol.% at isang core diameter na 15 μm (NA = 0.12). Sa pangunahing amplifier, ginamit ang double clad large mode field Er:ZBLAN fiber na may haba na 4 m bilang gain fiber na may doping concentration na 6 mol.% at core diameter na 30 μm (NA = 0.12). Ang mas malaking diameter ng core ay ginagawang ang gain fiber ay may mas mababang nonlinear coefficient at maaaring makatiis ng mas mataas na peak power at pulse output ng mas malaking pulse energy. Ang magkabilang dulo ng gain fiber ay pinagsama sa AlF3 terminal cap.