Svolta! Il laser a fibra a femtosecondi nel medio infrarosso da 3 μm più potente al mondo

Svolta! Il medio infrarosso da 3 μm con la potenza più alta al mondoLaser a fibra a femtosecondi

Laser a fibraPer ottenere un'emissione laser nel medio infrarosso, il primo passo è selezionare il materiale della matrice in fibra appropriato. Nei laser a fibra nel vicino infrarosso, la matrice di vetro al quarzo è il materiale più comune per matrice di fibra con una perdita di trasmissione molto bassa, resistenza meccanica affidabile ed 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, dobbiamo riselezionare altri materiali a matrice di fibre con energia fononica inferiore, come la matrice di vetro al solfuro o la matrice di vetro al fluoruro. La fibra al solfuro ha l'energia fononica più bassa (circa 350 cm-1), ma presenta il problema che la concentrazione del drogante 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 i laser nel 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 di ioni di terre rare, che può fornire il guadagno richiesto per la generazione di laser nel medio infrarosso, ad esempio, la fibra ZBLAN al fluoruro più matura per Er3+ è stata in grado di raggiungere una concentrazione di drogaggio di fino a 10 mol. Pertanto, la matrice di vetro al fluoruro è il materiale della matrice in fibra più adatto per i laser a fibra nel medio infrarosso.

Recentemente, il team del professor Ruan Shuangchen e del professor Guo Chunyu dell'Università di Shenzhen ha sviluppato un femtosecondo ad alta potenzalaser a fibra a impulsicomposto da oscillatore in fibra Er:ZBLAN con modalità bloccata da 2,8μm, preamplificatore in fibra Er:ZBLAN monomodale e amplificatore principale in fibra Er:ZBLAN a campo largo.
Basato sulla teoria dell'autocompressione e dell'amplificazione dell'impulso ultracorto nel medio infrarosso controllato dallo stato di polarizzazione e dal lavoro di simulazione numerica del nostro gruppo di ricerca, combinato con metodi di soppressione non lineare e controllo della modalità della fibra ottica a modalità larga, tecnologia di raffreddamento attivo e amplificazione Grazie alla struttura della pompa a doppia estremità, il sistema ottiene un'uscita a impulsi ultracorti da 2,8μm con una potenza media di 8,12W e una larghezza di impulso di 148 fs. Il record internazionale della potenza media più alta raggiunta da questo gruppo di ricerca è stato ulteriormente rinfrescato.

Figura 1 Schema strutturale del laser a fibra Er:ZBLAN basato sulla struttura MOPA
La struttura dellaser a femtosecondisistema è mostrato nella Figura 1. La fibra Er:ZBLAN monomodale a doppio rivestimento di 3,1 m di lunghezza è stata utilizzata come fibra di guadagno nel preamplificatore con una concentrazione di drogaggio del 7% in moli e un diametro del nucleo di 15 μm (NA = 0,12). Nell'amplificatore principale, come fibra di guadagno è stata utilizzata una fibra Er:ZBLAN a campo largo modale a doppio rivestimento con una lunghezza di 4 m con una concentrazione di drogaggio del 6% in moli e un diametro del nucleo di 30 μm (NA = 0,12). Il diametro del nucleo maggiore fa sì che la fibra di guadagno abbia un coefficiente non lineare inferiore e possa sopportare una potenza di picco più elevata e un'uscita di impulsi con energia di impulso maggiore. Entrambe le estremità della fibra di guadagno sono fuse al cappuccio terminale AlF3.