Svolta! Il laser a fibra femtoseconda a infrarossi medi da 3 μm con la più alta potenza al mondo.

Svolta! Il sensore a infrarossi medi da 3 μm con la più alta potenza al mondolaser a fibra femtoseconda

Laser a fibraPer ottenere un'uscita laser nel medio infrarosso, il primo passo è selezionare il materiale appropriato per la matrice della fibra. Nei laser a fibra nel vicino infrarosso, la matrice di vetro di quarzo è il materiale più comune, con perdite di trasmissione molto basse, un'affidabile resistenza meccanica e un'eccellente stabilità. Tuttavia, a causa dell'elevata energia fononica (1150 cm-1), la fibra di quarzo non può essere utilizzata per la trasmissione laser nel medio infrarosso. Per ottenere una trasmissione a bassa perdita del laser nel medio infrarosso, è necessario selezionare altri materiali per la matrice della fibra con un'energia fononica inferiore, come la matrice di vetro di solfuro o di fluoruro. La fibra di solfuro ha l'energia fononica più bassa (circa 350 cm-1), ma presenta il problema che la concentrazione di drogaggio non può essere aumentata, quindi non è adatta all'uso come fibra di guadagno per generare laser nel medio infrarosso. Sebbene il substrato di vetro al fluoruro abbia un'energia fononica leggermente superiore (550 cm-1) rispetto al substrato di vetro al solfuro, può anche ottenere una trasmissione a bassa perdita per laser a medio infrarosso con lunghezze d'onda inferiori a 4 μm. Ancora più importante, il substrato di vetro al fluoruro può raggiungere un'elevata concentrazione di drogaggio con ioni di terre rare, che può fornire il guadagno necessario per la generazione di laser a medio infrarosso. Ad esempio, la fibra ZBLAN al fluoruro più matura per Er3+ è stata in grado di raggiungere una concentrazione di drogaggio fino a 10 moli. Pertanto, la matrice di vetro al fluoruro è il materiale più adatto per i laser a fibra a medio infrarosso.

Di recente, il team del professor Ruan Shuangchen e del professor Guo Chunyu dell'Università di Shenzhen ha sviluppato un laser a femtosecondi ad alta potenzalaser a fibra pulsatacomposto da un oscillatore in fibra Er:ZBLAN mode-locked da 2,8 μm, un preamplificatore in fibra Er:ZBLAN monomodale e un amplificatore principale in fibra Er:ZBLAN a campo modale ampio.
Basato sulla teoria dell'autocompressione e amplificazione dell'impulso ultrabreve nel medio infrarosso controllato dallo stato di polarizzazione e sul lavoro di simulazione numerica del nostro gruppo di ricerca, combinato con metodi di soppressione non lineare e controllo della modalità in fibra ottica a grande modo, tecnologia di raffreddamento attivo e struttura di amplificazione della pompa a doppia estremità, il sistema ottiene un'uscita a impulso ultrabreve di 2,8 μm con una potenza media di 8,12 W e una larghezza d'impulso di 148 fs. Il record internazionale della potenza media più elevata raggiunta da questo gruppo di ricerca è stato ulteriormente aggiornato.

Figura 1 Diagramma della struttura del laser a fibra Er:ZBLAN basato sulla struttura MOPA
La struttura dellaser a femtosecondiIl sistema è illustrato in Figura 1. La fibra Er:ZBLAN monomodale a doppio rivestimento, lunga 3,1 m, è stata utilizzata come fibra di guadagno nel preamplificatore, con una concentrazione di drogaggio del 7% molare e un diametro del nucleo di 15 μm (NA = 0,12). Nell'amplificatore principale, è stata utilizzata come fibra di guadagno una fibra Er:ZBLAN a doppio rivestimento a campo largo, lunga 4 m, con una concentrazione di drogaggio del 6% molare e un diametro del nucleo di 30 μm (NA = 0,12). Il diametro del nucleo maggiore conferisce alla fibra di guadagno un coefficiente non lineare inferiore e la possibilità di sopportare potenze di picco più elevate e impulsi di maggiore energia. Entrambe le estremità della fibra di guadagno sono fuse al terminale in AlF3.