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

¡Descubrimiento! El infrarrojo medio de 3 μm de mayor potencia del mundoláser de fibra de femtosegundo

Láser de fibraPara lograr una salida de láser de infrarrojo medio, el primer paso es seleccionar el material de matriz de fibra adecuado. En los láseres de fibra del infrarrojo cercano, la matriz de vidrio de cuarzo es el material de matriz de fibra más común con una pérdida de transmisión muy baja, resistencia mecánica confiable y excelente estabilidad. Sin embargo, debido a la alta energía de los fonones (1150 cm-1), la fibra de cuarzo no se puede utilizar para la transmisión de láser de infrarrojo medio. Para lograr una transmisión de baja pérdida del láser de infrarrojo medio, debemos 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 fonón más baja (aproximadamente 350 cm-1), pero tiene el problema de que no se puede aumentar la concentración de dopaje, 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 tiene una energía de fonón ligeramente mayor (550 cm-1) que el sustrato de vidrio de sulfuro, también puede lograr una transmisión de bajas pérdidas para láseres de infrarrojo medio con longitudes de onda inferiores a 4 μm. Más importante aún, el sustrato de vidrio de fluoruro puede lograr una alta concentración de dopaje de iones de tierras raras, lo que puede proporcionar la ganancia requerida para la generación de láser de infrarrojo medio; por ejemplo, la fibra ZBLAN de fluoruro más madura para Er3+ ha podido lograr 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 los 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 de pulsocompuesto por un oscilador de fibra Er:ZBLAN de modo bloqueado de 2,8 μm, un preamplificador de fibra Er:ZBLAN monomodo y un amplificador principal de fibra Er:ZBLAN de campo de modo grande.
Basado en la teoría de autocompresión y amplificación del pulso ultracorto del infrarrojo medio controlado por el estado de polarización y el trabajo de simulación numérica de nuestro grupo de investigación, combinado con métodos de control de modo y supresión no lineal de fibra óptica de modo grande, tecnología de enfriamiento activo y amplificación. Con una estructura 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 un ancho de pulso de 148 fs. Se actualizó aún más el récord internacional de potencia media más alta alcanzada por este grupo de investigación.

Figura 1 Diagrama de estructura del láser de fibra Er:ZBLAN basado en estructura MOPA
La estructura de laláser de femtosegundoEl sistema se muestra en la Figura 1. La fibra Er:ZBLAN monomodo de doble revestimiento de 3,1 m de longitud se utilizó como fibra de ganancia en el preamplificador con una concentración de dopaje del 7% en moles y un diámetro de núcleo de 15 μm (NA = 0,12). En el amplificador principal, se utilizó como fibra de ganancia una fibra Er:ZBLAN de campo de modo grande de doble revestimiento con una longitud de 4 m con una concentración de dopaje del 6% en moles 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 potencia máxima más alta y una salida de pulso de energía de pulso más grande. Ambos extremos de la fibra de ganancia están fusionados a la tapa del terminal AlF3.