Hochleistungs-FemtosekundenLaserbesitzt einen hohen Anwendungswert in der wissenschaftlichen Forschung und in industriellen Bereichen wie der Terahertz-Erzeugung, der Attosekunden-Pulserzeugung und der optischen Frequenzkämme.Modulgesperrte LaserAuf Basis herkömmlicher Blockverstärkungsmedien ist die Leistung bei hohen Leistungen durch den thermischen Linseneffekt begrenzt, und derzeit beträgt die maximale Ausgangsleistung etwa 20 W.
Ein Dünnschichtlaser nutzt eine Mehrfachdurchgangs-Pumpstruktur zur Reflexion des Lichts.PumpenleuchteFür eine hocheffiziente Pumpabsorption wird ein 100 Mikrometer dickes Verstärkungsmedium verwendet. Dieses extrem dünne Medium reduziert in Kombination mit der Rückkühlungstechnologie den Einfluss des thermischen Linseneffekts und nichtlinearer Effekte erheblich und ermöglicht so eine höhere Leistung der Femtosekunden-Pulse.
Wafer-Oszillatoren in Kombination mit Kerr-Linsen-Modenkopplungstechnologie sind das wichtigste Mittel, um eine hohe mittlere Laserleistung mit einer Pulsbreite im Femtosekundenbereich zu erzielen.
Abb. 1 (a) Optisches Strukturdiagramm 72 und (b) Physikalisches Diagramm des Pumpmoduls
Ein Forscherteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat einen Kerr-Linsen-Modenkopplungs-Laser auf Basis eines selbstentwickelten 72-Wege-Pumpmoduls entworfen und gebaut und damit einen Kerr-Linsen-Modenkopplungs-Laser mit der höchsten durchschnittlichen Leistung und Einzelpulsenergie in China entwickelt.
Auf der Grundlage des Prinzips der Kerr-Linsen-Modenkopplung und der iterativen Berechnung der ABCD-Matrix analysierte das Forschungsteam zunächst die Modenkopplungstheorie des Dünnplatten-Kerr-Linsen-Modenkopplungslasers, simulierte die Modenänderungen im Resonator während des Modenkopplungsbetriebs und des kontinuierlichen Betriebs und bestätigte, dass der Kavitätsmodenradius an der harten Membran nach der Modenkopplung um mehr als 7 % reduziert wird.
Anschließend entwickelte und baute das Forschungsteam, geleitet vom Designprinzip, einen Kerr-Linsen-Modenkopplungsresonator (Abb. 2) basierend auf dem vom Team selbst entwickelten 72-Wege-Pumpmodul (Abb. 1). Es erzielte einen gepulsten Laserausgang mit einer mittleren Leistung von 11,78 W, einer Pulsdauer von 245 fs und einer Einzelpulsenergie von 0,14 μJ bei einer Pumpzeit von 72 W. Die Pulsdauer und die Variation des intrakavitären Modus stimmen gut mit den Simulationsergebnissen überein.
Abb. 2 Schematische Darstellung des Resonators des im Experiment verwendeten Kerr-Linsen-modengekoppelten Yb:YAG-Waferlasers.
Um die Ausgangsleistung des Lasers zu verbessern, erhöhte das Forschungsteam den Krümmungsradius des Fokussierspiegels und optimierte die Dicke des Kerr-Mediums sowie die Dispersion zweiter Ordnung. Bei einer Pumpleistung von 94 W stieg die mittlere Ausgangsleistung auf 22,33 W, die Pulsdauer betrug 394 fs und die Einzelpulsenergie 0,28 μJ.
Um die Ausgangsleistung weiter zu steigern, wird das Forschungsteam den Krümmungsradius des fokussierten konkaven Spiegelpaares weiter erhöhen und den Resonator in einer geschlossenen Niedervakuumumgebung platzieren, um den Einfluss von Luftstörungen und Luftdispersion zu reduzieren.
Veröffentlichungsdatum: 15. August 2023