¡Avance revolucionario! El láser de fibra de femtosegundos de infrarrojo medio de 3 μm con mayor potencia del mundo.

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

Láser de fibraPara lograr una emisión láser en el infrarrojo medio, el primer paso es seleccionar el material adecuado para la matriz de fibra. En los láseres de fibra de infrarrojo cercano, la matriz de vidrio de cuarzo es el material más común, ya que presenta una pérdida de transmisión muy baja, una resistencia mecánica fiable y una excelente estabilidad. Sin embargo, debido a su alta energía de fonones (1150 cm⁻¹), la fibra de cuarzo no es apta para la transmisión de láseres en el infrarrojo medio. Para lograr una transmisión con bajas pérdidas en este rango, es necesario seleccionar otros materiales para la matriz de fibra con menor energía de fonones, como las matrices de vidrio de sulfuro o de fluoruro. La fibra de sulfuro tiene la menor energía de fonones (aproximadamente 350 cm⁻¹), pero presenta el inconveniente de que no se puede aumentar su concentración de dopaje, por lo que no es adecuada como fibra de ganancia para generar láseres en el infrarrojo medio. Aunque el sustrato de vidrio fluorado presenta una energía de fonón ligeramente superior (550 cm⁻¹) a la del sustrato de vidrio sulfurado, también permite una transmisión con bajas pérdidas para láseres de infrarrojo medio con longitudes de onda inferiores a 4 μm. Más importante aún, el sustrato de vidrio fluorado permite 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 avanzada para Er³⁺ ha logrado una concentración de dopaje de hasta 10 mol. Por lo tanto, la matriz de vidrio fluorado 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 fotómetro de femtosegundos de alta potencia.láser de fibra pulsadocompuesto por un oscilador de fibra Er:ZBLAN de 2,8 μm con bloqueo de modo, un preamplificador de fibra Er:ZBLAN monomodo y un amplificador principal de fibra Er:ZBLAN de gran campo modal.
Basándose en la teoría de autocompresión y amplificación de pulsos ultracortos en el infrarrojo medio, controlados por el estado de polarización, y en la simulación numérica realizada por nuestro grupo de investigación, y combinando métodos de supresión no lineal y control de modo en fibra óptica de modo grande, tecnología de refrigeración activa y una estructura de amplificación de bombeo de doble extremo, el sistema obtiene una salida de pulsos ultracortos de 2,8 μm con una potencia media de 8,12 W y una duración de pulso de 148 fs. Este grupo de investigación ha superado el récord internacional de mayor potencia media alcanzado.

Figura 1. Diagrama estructural del láser de fibra Er:ZBLAN basado en la estructura MOPA.
La estructura de laláser de femtosegundoEl sistema se muestra en la Figura 1. En el preamplificador se utilizó una fibra monomodo de doble revestimiento Er:ZBLAN de 3,1 m de longitud como fibra de ganancia, con una concentración de dopaje del 7 % molar y un diámetro de núcleo de 15 μm (NA = 0,12). En el amplificador principal se empleó una fibra de doble revestimiento Er:ZBLAN de gran campo modal 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 confiere a la fibra de ganancia un menor coeficiente no lineal y le permite soportar una mayor potencia pico y generar pulsos de mayor energía. Ambos extremos de la fibra de ganancia están fusionados a la tapa terminal de AlF₃.