¡Increíble! El láser de fibra femtosegundo de infrarrojo medio de 3 μm de mayor potencia del mundo.

¡Un gran avance! El infrarrojo medio de 3 μm de mayor potencia del mundo.láser de fibra de femtosegundo

láser de fibraPara lograr una salida láser en el infrarrojo medio, el primer paso es seleccionar el material de matriz de fibra adecuado. En los láseres de fibra de infrarrojo cercano, la matriz de vidrio de cuarzo es el material de matriz de fibra más común, con pérdidas de transmisión muy bajas, resistencia mecánica confiable y excelente estabilidad. Sin embargo, debido a la alta energía de fonones (1150 cm-1), la fibra de cuarzo no se puede utilizar para la transmisión láser en el infrarrojo medio. Para lograr una transmisión de baja pérdida del láser de infrarrojo medio, necesitamos volver a seleccionar otros materiales de matriz de fibra con menor energía de fonones, como la matriz de vidrio de sulfuro o la matriz de vidrio de fluoruro. La fibra de sulfuro tiene la energía de fonones más baja (aproximadamente 350 cm-1), pero tiene el problema de que la concentración de dopaje no se puede aumentar, por lo que no es adecuada para su uso como fibra de ganancia para generar láser de infrarrojo medio. Aunque el sustrato de vidrio de fluoruro presenta una energía de fonón ligeramente superior (550 cm⁻¹) a la del sustrato de vidrio de sulfuro, también permite una transmisión con bajas pérdidas para láseres de infrarrojo medio con longitudes de onda inferiores a 4 μm. Además, el sustrato de vidrio de fluoruro puede alcanzar una alta concentración de dopaje con iones de tierras raras, lo que proporciona la ganancia necesaria para la generación de láseres de infrarrojo medio. Por ejemplo, la fibra ZBLAN de fluoruro más desarrollada para Er₃⁻¹ ha alcanzado una concentración de dopaje de hasta 10 moles. Por lo tanto, la matriz de vidrio de fluoruro es el material de matriz de fibra más adecuado para láseres de fibra de infrarrojo medio.

Recientemente, el equipo del profesor Ruan Shuangchen y el profesor Guo Chunyu de la Universidad de Shenzhen desarrolló un femtosegundo de alta potencia.láser de fibra pulsadacompuesto por un oscilador de fibra Er:ZBLAN de modo bloqueado de 2,8 μm, un preamplificador de fibra Er:ZBLAN de modo único y un amplificador principal de fibra Er:ZBLAN de campo de modo grande.
Basado en la teoría de autocompresión y amplificación de pulsos ultracortos en el infrarrojo medio controlados por el estado de polarización y el trabajo de simulación numérica de nuestro grupo de investigación, combinado con métodos de supresión no lineal y control de modo de fibra óptica de modo grande, tecnología de refrigeración activa y estructura de amplificación de bomba de doble extremo, el sistema obtiene una salida de pulso ultracorto de 2,8 μm con una potencia promedio de 8,12 W y una anchura de pulso de 148 fs. El récord internacional de potencia promedio más alta alcanzado por este grupo de investigación se ha renovado.

Figura 1 Diagrama de estructura del láser de fibra Er:ZBLAN basado en la estructura MOPA
La estructura de laláser de femtosegundoEl sistema se muestra en la Figura 1. Se utilizó una fibra monomodo de Er:ZBLAN con doble revestimiento de 3,1 m de longitud como fibra de ganancia en el preamplificador, con una concentración de dopaje del 7 % molar y un diámetro de núcleo de 15 μm (NA = 0,12). En el amplificador principal, se utilizó una fibra de Er:ZBLAN de campo modal grande con doble revestimiento de 4 m de longitud como fibra de ganancia, con una concentración de dopaje del 6 % molar y un diámetro de núcleo de 30 μm (NA = 0,12). El mayor diámetro del núcleo hace que la fibra de ganancia tenga un coeficiente no lineal más bajo y pueda soportar una mayor potencia de pico y una salida de pulsos de mayor energía. Ambos extremos de la fibra de ganancia están fusionados al terminal de AlF3.