Hochleistungs-FemtosekundeLaserhat einen großen Anwendungswert in der wissenschaftlichen Forschung und in industriellen Bereichen wie der Terahertz-Erzeugung, der Attosekunden-Pulserzeugung und dem optischen Frequenzkamm.Mod-gekoppelte LaserDie auf herkömmlichen Blockverstärkungsmedien basierenden Technologien sind durch den thermischen Linseneffekt bei hoher Leistung begrenzt, und derzeit liegt die maximale Ausgangsleistung bei etwa 20 W.
Dünnschichtlaser verwenden eine Multi-Pass-Pumpstruktur, um das zu reflektierenPumpenlichtzum Blattverstärkungsmedium mit einer Dicke von 100 Mikrometern für eine hocheffiziente Pumpenabsorption. Das extrem dünne Verstärkungsmedium reduziert in Kombination mit der Rückkühlungstechnologie den Einfluss des thermischen Linseneffekts und des nichtlinearen Effekts erheblich und kann eine Femtosekunden-Pulsausgabe mit höherer Leistung erzielen.
Wafer-Oszillatoren in Kombination mit der Kerr-Linsen-Modenkopplungstechnologie sind die wichtigsten Mittel, um eine Laserleistung mit hoher Durchschnittsleistung und einer Impulsbreite in der Größenordnung von Femtosekunden zu erzielen.
FEIGE. 1 (a) 72 optisches Strukturdiagramm und (b) physikalisches Diagramm des Pumpmoduls
Ein Forscherteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwarf und baute einen modengekoppelten Kerr-Linsen-Flächenlaser auf Basis des selbst entwickelten 72-Wege-Pumpmoduls und entwickelte einen Kerr-Linsen-Flächenlaser mit höchster Durchschnittsleistung und Einzelleistung Pulsenergie in China.
Basierend auf dem Prinzip der Kerr-Linsen-Modenkopplung und der iterativen Berechnung der ABCD-Matrix analysierte das Forschungsteam zunächst die Modenkopplungstheorie des Kerr-Linsen-Modenkopplungslasers mit dünner Platte und simulierte die Modenänderungen im Resonator während des Modenkopplungsvorgangs und Dauerbetrieb und bestätigte, dass der Hohlraummodenradius an der harten Membran nach der Modenkopplung um mehr als 7 % reduziert wird.
Anschließend entwarf und baute das Forschungsteam unter Berücksichtigung des Konstruktionsprinzips einen modengekoppelten Kerr-Linsen-Resonator (Abb. 2) auf der Grundlage des vom Team unabhängig entwickelten 72-Wege-Pumpmoduls (Abb. 1) und erhielt einen gepulsten Laser Ausgang mit einer durchschnittlichen Leistung von 11,78 W, einer Pulsbreite von 245 fs und einer Einzelpulsenergie von 0,14 μJ bei 72 W Pumpzeit. Die Breite des Ausgangsimpulses und die Variation des Intracavity-Modus stimmen gut mit den Simulationsergebnissen überein.
FEIGE. 2 Schematische Darstellung des Resonanzhohlraums des im Experiment verwendeten modengekoppelten Yb:YAG-Waferlasers mit Kerr-Linse
Um die Ausgangsleistung des Lasers zu verbessern, erhöhte das Forschungsteam den Krümmungsradius des Fokussierungsspiegels und optimierte die Dicke des Kerr-Mediums und die Dispersion zweiter Ordnung. Wenn die Pumpleistung auf 94 W eingestellt wurde, erhöhte sich die durchschnittliche Ausgangsleistung auf 22,33 W, die Pulsbreite betrug 394 fs und die Einzelpulsenergie betrug 0,28 μJ.
Um die Ausgangsleistung weiter zu erhöhen, wird das Forschungsteam den Krümmungsradius des fokussierten konkaven Spiegelpaars weiter vergrößern und gleichzeitig den Resonator in einer geschlossenen Umgebung mit niedrigem Vakuum platzieren, um den Einfluss von Luftstörungen und Luftdispersion zu reduzieren.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 15. August 2023