Svolta! La più potente al mondo nel campo degli infrarossi medi a 3 μmlaser a fibra a femtosecondi
Laser a fibraPer ottenere un'emissione laser nel medio infrarosso, il primo passo consiste nella selezione del materiale appropriato per la matrice della fibra. Nei laser a fibra nel vicino infrarosso, la matrice in vetro di quarzo è il materiale più comune, grazie alle bassissime perdite di trasmissione, all'affidabile resistenza meccanica e all'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 nel medio infrarosso, è necessario selezionare altri materiali per la matrice della fibra con un'energia fononica inferiore, come la matrice in vetro solfuro o la matrice in vetro fluoruro. La fibra 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 per essere utilizzata come fibra di guadagno per generare laser nel medio infrarosso. Sebbene il substrato di vetro fluorurato abbia un'energia fononica leggermente superiore (550 cm⁻¹) rispetto al substrato di vetro solfuro, può comunque raggiungere una trasmissione a bassa perdita per laser a infrarossi medi con lunghezze d'onda inferiori a 4 μm. Ancora più importante, il substrato di vetro fluorurato può raggiungere un'elevata concentrazione di drogaggio con ioni di terre rare, che può fornire il guadagno richiesto per la generazione di laser a infrarossi medi; ad esempio, la fibra ZBLAN al fluoruro più matura per Er³⁺ è stata in grado di raggiungere una concentrazione di drogaggio fino a 10 mol. Pertanto, la matrice di vetro fluorurato è il materiale più adatto per la matrice di fibre laser a infrarossi medi.
Recentemente, il team del professor Ruan Shuangchen e del professor Guo Chunyu dell'Università di Shenzhen ha sviluppato un sistema ad alta potenza a femtosecondilaser a fibra pulsatacomposto da un oscillatore a fibra Er:ZBLAN a blocco di modo da 2,8 μm, un preamplificatore a fibra Er:ZBLAN monomodale e un amplificatore principale a fibra Er:ZBLAN a campo modale ampio.
Basandosi sulla teoria di autocompressione e amplificazione degli impulsi ultracorti nel medio infrarosso controllati dallo stato di polarizzazione e sul lavoro di simulazione numerica del nostro gruppo di ricerca, combinato con metodi di soppressione non lineare e controllo del modo della fibra ottica a grande modo, tecnologia di raffreddamento attivo e struttura di amplificazione della pompa a doppia estremità, il sistema ottiene un'uscita di impulsi ultracorti a 2,8 μm con una potenza media di 8,12 W e una larghezza di impulso di 148 fs. Il record internazionale della massima potenza media raggiunta da questo gruppo di ricerca è stato ulteriormente migliorato.
Figura 1 Diagramma strutturale del laser a fibra Er:ZBLAN basato sulla struttura MOPA
La struttura dellaser a femtosecondiIl sistema è illustrato in Figura 1. Nel preamplificatore è stata utilizzata una fibra Er:ZBLAN monomodale a doppio rivestimento, lunga 3,1 m, 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 una fibra Er:ZBLAN a doppio rivestimento a grande campo modale, lunga 4 m, con una concentrazione di drogaggio del 6% molare e un diametro del nucleo di 30 μm (NA = 0,12). Il diametro maggiore del nucleo consente alla fibra di guadagno di avere un coefficiente non lineare inferiore e di sopportare una maggiore potenza di picco e un'uscita impulsiva con energia maggiore. Entrambe le estremità della fibra di guadagno sono saldate al cappuccio terminale in AlF3.
Data di pubblicazione: 19 febbraio 2024