Femtosecondo ad alta potenzalaserha un grande valore applicativo nella ricerca scientifica e in settori industriali come la generazione di terahertz, la generazione di impulsi di attosecondi e il pettine di frequenza ottica.Laser mod-lockedbasati sui tradizionali supporti a guadagno di blocco sono limitati dall'effetto di lente termica ad alta potenza e attualmente la potenza di uscita massima è di circa 20 W.
Il laser a foglio sottile utilizza una struttura a pompa multi-passaggio per riflettere l'luce della pompaal mezzo di guadagno in fogli con spessore di 100 micron per un assorbimento della pompa ad alta efficienza. Il mezzo di guadagno estremamente sottile, combinato con la tecnologia di retroraffreddamento, riduce notevolmente l'influenza dell'effetto lente termica e dell'effetto non lineare, e può raggiungere una maggiore potenza in uscita a impulsi al femtosecondo.
Gli oscillatori a wafer combinati con la tecnologia di bloccaggio della modalità delle lenti Kerr rappresentano il mezzo principale per ottenere un'elevata potenza media in uscita del laser con una larghezza di impulso nell'ordine dei femtosecondi.
FIG. 1 (a) 72 diagramma della struttura ottica e (b) diagramma fisico del modulo pompa
Un team di ricercatori dell'Accademia cinese delle scienze ha progettato e costruito un laser a foglio con modalità bloccata della lente di Kerr basato sul modulo di pompaggio a 72 vie auto-sviluppato e ha sviluppato un laser a foglio con modalità bloccata della lente di Kerr con la più alta potenza media e la più alta energia a impulso singolo in Cina.
Sulla base del principio del mode-locking della lente di Kerr e del calcolo iterativo della matrice ABCD, il team di ricerca ha prima analizzato la teoria del mode-locking del laser a piastra sottile con mode-locking della lente di Kerr, ha simulato i cambiamenti di modalità nel risonatore durante il funzionamento del mode-locking e il funzionamento continuo e ha confermato che il raggio della modalità della cavità sul diaframma rigido sarà ridotto di oltre il 7% dopo il mode-locking.
Successivamente, guidati dal principio di progettazione, il team di ricerca ha progettato e costruito un risonatore a lente di Kerr con modalità bloccata (FIG. 2) basato sul modulo di pompaggio a 72 vie (FIG. 1) sviluppato indipendentemente dal team, ottenendo un'uscita laser pulsata con una potenza media di 11,78 W, una larghezza di impulso di 245 fs e un'energia del singolo impulso di 0,14 μJ a un tempo di pompaggio di 72 W. La larghezza dell'impulso di uscita e la variazione della modalità intracavitaria sono in buon accordo con i risultati della simulazione.
FIG. 2 Diagramma schematico della cavità risonante del laser wafer Yb:YAG con modalità bloccata della lente Kerr utilizzato nell'esperimento
Per migliorare la potenza di uscita del laser, il team di ricerca ha aumentato il raggio di curvatura dello specchio di focalizzazione e ha ottimizzato lo spessore medio di Kerr e la dispersione di secondo ordine. Impostando la potenza di pompaggio a 94 W, la potenza di uscita media è aumentata a 22,33 W, la larghezza di impulso è stata di 394 fs e l'energia del singolo impulso è stata di 0,28 μJ.
Per aumentare ulteriormente la potenza di uscita, il team di ricerca aumenterà ulteriormente il raggio di curvatura della coppia di specchi concavi focalizzati, posizionando al contempo il risonatore in un ambiente chiuso a basso vuoto per ridurre l'influenza delle perturbazioni e della dispersione dell'aria.
Data di pubblicazione: 15 agosto 2023