Durchbruch! Der weltweit leistungsstärkste 3-μm-Femtosekunden-Faserlaser im mittleren Infrarotbereich

Durchbruch! Das weltweit leistungsstärkste 3 μm-MittelinfrarotFemtosekunden-Faserlaser

FaserlaserUm eine Laserleistung im mittleren Infrarotbereich zu erreichen, ist der erste Schritt die Auswahl des geeigneten Fasermatrixmaterials. Bei Nahinfrarot-Faserlasern ist Quarzglasmatrix das am häufigsten verwendete Fasermatrixmaterial mit sehr geringem Übertragungsverlust, zuverlässiger mechanischer Festigkeit und ausgezeichneter Stabilität. Aufgrund der hohen Phononenenergie (1150 cm-1) können Quarzfasern jedoch nicht für die Laserübertragung im mittleren Infrarotbereich verwendet werden. Um eine verlustarme Übertragung von Lasern im mittleren Infrarotbereich zu erreichen, müssen wir andere Fasermatrixmaterialien mit niedrigerer Phononenenergie neu auswählen, wie beispielsweise Sulfidglasmatrix oder Fluoridglasmatrix. Sulfidfasern haben die niedrigste Phononenenergie (ca. 350 cm-1), weisen jedoch das Problem auf, dass die Dotierungskonzentration nicht erhöht werden kann, sodass sie nicht für den Einsatz als Verstärkungsfaser zur Erzeugung von Lasern im mittleren Infrarotbereich geeignet sind. Obwohl das Fluoridglassubstrat eine etwas höhere Phononenenergie (550 cm-1) als das Sulfidglassubstrat aufweist, kann damit auch eine verlustarme Übertragung für Laser im mittleren Infrarotbereich mit Wellenlängen unter 4 μm erreicht werden. Noch wichtiger ist, dass das Fluoridglassubstrat eine hohe Dotierungskonzentration von Seltenerdionen erreichen kann, die den für die Erzeugung von Lasern im mittleren Infrarotbereich erforderlichen Gewinn liefern kann. Beispielsweise konnte die ausgereifteste Fluorid-ZBLAN-Faser für Er3+ eine Dotierungskonzentration von erreichen bis zu 10 Mol. Daher ist Fluoridglasmatrix das am besten geeignete Fasermatrixmaterial für Faserlaser im mittleren Infrarotbereich.

Kürzlich hat das Team von Professor Ruan Shuangchen und Professor Guo Chunyu von der Universität Shenzhen eine Hochleistungs-Femtosekunde entwickeltPulsfaserlaserBestehend aus einem 2,8 μm modengekoppelten Er:ZBLAN-Faseroszillator, einem Singlemode-Er:ZBLAN-Faservorverstärker und einem Er:ZBLAN-Faserhauptverstärker mit großem Modenfeld.
Basierend auf der Selbstkomprimierungs- und Verstärkungstheorie von ultrakurzen Impulsen im mittleren Infrarotbereich, gesteuert durch den Polarisationszustand und der numerischen Simulationsarbeit unserer Forschungsgruppe, kombiniert mit nichtlinearen Unterdrückungs- und Modenkontrollmethoden von Glasfasern mit großen Moden, aktiver Kühltechnologie und Verstärkung Durch die Struktur einer doppelseitigen Pumpe erreicht das System einen ultrakurzen Impulsausgang von 2,8 μm mit einer durchschnittlichen Leistung von 8,12 W und einer Impulsbreite von 148 fs. Der internationale Rekord der höchsten Durchschnittsleistung dieser Forschungsgruppe wurde weiter aufgefrischt.

Abbildung 1 Strukturdiagramm des Er:ZBLAN-Faserlasers basierend auf der MOPA-Struktur
Die Struktur derFemtosekundenlaserDas System ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Singlemode-Doppelmantel-Er:ZBLAN-Faser mit einer Länge von 3,1 m wurde als Verstärkungsfaser im Vorverstärker mit einer Dotierungskonzentration von 7 Mol-% und einem Kerndurchmesser von 15 μm (NA =) verwendet 0,12). Im Hauptverstärker wurde als Verstärkungsfaser eine doppelt ummantelte Er:ZBLAN-Faser mit großem Modenfeld und einer Länge von 4 m mit einer Dotierungskonzentration von 6 Mol-% und einem Kerndurchmesser von 30 μm (NA = 0,12) verwendet. Der größere Kerndurchmesser führt dazu, dass die Verstärkungsfaser einen niedrigeren nichtlinearen Koeffizienten aufweist und einer höheren Spitzenleistung und Impulsabgabe mit größerer Impulsenergie standhalten kann. Beide Enden der Verstärkungsfaser sind mit der AlF3-Anschlusskappe verschmolzen.