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

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

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 muy baja pérdida de transmisión, 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 de láser en el infrarrojo medio. Para lograr una transmisión de baja pérdida del láser de infrarrojo medio, necesitamos 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 (alrededor de 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 fluorado tiene una energía fonónica ligeramente superior (550 cm⁻¹) que el sustrato de vidrio sulfurado, también puede lograr una transmisión de baja pérdida para láseres de infrarrojo medio con longitudes de onda inferiores a 4 μm. Más importante aún, el sustrato de vidrio fluorado 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 fluorada 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 láser de femtosegundos de alta potencia.láser de fibra pulsadacompuesto por un oscilador de fibra Er:ZBLAN de 2,8 μm con bloqueo de modos, un preamplificador de fibra Er:ZBLAN monomodo y un amplificador principal de fibra Er:ZBLAN de campo de modo grande.
Basándose en la teoría de autocompresión y amplificación de pulsos ultracortos de infrarrojo medio controlados por el estado de polarización y en el trabajo de simulación numérica de nuestro grupo de investigación, y combinándolo con métodos de supresión no lineal y control de modo de fibra óptica de modo amplio, tecnología de refrigeración activa y estructura de amplificación de bombeo de doble extremo, el sistema obtiene una salida de pulso ultracorto de 2,8 μm con una potencia media de 8,12 W y un ancho de pulso de 148 fs. De esta forma, se superó el récord internacional de mayor potencia media alcanzado por este grupo de investigación.

Figura 1 Diagrama de la estructura del láser de fibra Er:ZBLAN basado en la estructura MOPA
La estructura de laláser de femtosegundosEl sistema se muestra en la Figura 1. Se utilizó una fibra monomodo de doble revestimiento Er:ZBLAN 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 doble revestimiento de campo modal amplio Er:ZBLAN 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 permite que la fibra de ganancia tenga un coeficiente no lineal menor y pueda soportar una mayor potencia pico y una salida de pulso de mayor energía. Ambos extremos de la fibra de ganancia están fusionados a la tapa terminal de AlF3.