ก้าวล้ำ! อินฟราเรดกลาง 3 ไมโครเมตร พลังสูงที่สุดในโลกเลเซอร์ไฟเบอร์เฟมโตวินาที
ไฟเบอร์เลเซอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์อินฟราเรดกลาง ขั้นตอนแรกคือการเลือกวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่เหมาะสม ในเลเซอร์ไฟเบอร์อินฟราเรดใกล้ เมทริกซ์แก้วควอตซ์เป็นวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่พบมากที่สุด มีการสูญเสียการส่งผ่านต่ำมาก มีความแข็งแรงเชิงกลที่เชื่อถือได้ และมีเสถียรภาพที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพลังงานโฟนอนสูง (1150 ซม. -1) จึงไม่สามารถใช้เส้นใยควอตซ์สำหรับการส่งผ่านเลเซอร์อินฟราเรดกลางได้ เพื่อให้ได้การสูญเสียการส่งผ่านเลเซอร์อินฟราเรดกลางที่ต่ำ เราจำเป็นต้องเลือกวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์อื่นๆ ที่มีพลังงานโฟนอนต่ำกว่า เช่น เมทริกซ์แก้วซัลไฟด์หรือเมทริกซ์แก้วฟลูออไรด์ เส้นใยซัลไฟด์มีพลังงานโฟนอนต่ำที่สุด (ประมาณ 350 ซม. -1) แต่มีปัญหาคือไม่สามารถเพิ่มความเข้มข้นของสารเจือปนได้ จึงไม่เหมาะสำหรับใช้เป็นไฟเบอร์เกนเพื่อสร้างเลเซอร์อินฟราเรดกลาง แม้ว่าแผ่นรองรับแก้วฟลูออไรด์จะมีพลังงานโฟนอนสูงกว่าเล็กน้อย (550 ซม. -1) เมื่อเทียบกับแผ่นรองรับแก้วซัลไฟด์ แต่ก็สามารถส่งผ่านข้อมูลที่มีการสูญเสียต่ำสำหรับเลเซอร์อินฟราเรดกลางที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 4 ไมโครเมตร ที่สำคัญกว่านั้น แผ่นรองรับแก้วฟลูออไรด์สามารถให้ความเข้มข้นของการเจือปนไอออนแรร์เอิร์ธสูง ซึ่งให้ค่าเกนที่จำเป็นสำหรับการสร้างเลเซอร์อินฟราเรดกลาง ตัวอย่างเช่น ไฟเบอร์ฟลูออไรด์ ZBLAN ที่มีความสมบูรณ์สูงสุดสำหรับ Er3+ สามารถให้ความเข้มข้นของการเจือปนได้สูงถึง 10 โมล ดังนั้น เมทริกซ์แก้วฟลูออไรด์จึงเป็นวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์อินฟราเรดกลาง
เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมของศาสตราจารย์ Ruan Shuangchen และศาสตราจารย์ Guo Chunyu จากมหาวิทยาลัยเซินเจิ้นได้พัฒนาเฟมโตวินาทีกำลังสูงเลเซอร์ไฟเบอร์พัลส์ประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN ที่ล็อคโหมด 2.8μm, พรีแอมป์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN โหมดเดียว และแอมป์ไฟเบอร์หลัก Er:ZBLAN ฟิลด์โหมดใหญ่
โดยอาศัยทฤษฎีการบีบอัดและขยายสัญญาณด้วยตนเองของพัลส์อัลตร้าสั้นช่วงกลางอินฟราเรดที่ควบคุมโดยสถานะโพลาไรเซชันและงานจำลองเชิงตัวเลขของกลุ่มวิจัยของเรา ประกอบกับวิธีการระงับแบบไม่เชิงเส้นและการควบคุมโหมดของเส้นใยแก้วนำแสงโหมดใหญ่ เทคโนโลยีระบายความร้อนแบบแอคทีฟ และโครงสร้างการขยายสัญญาณของปั๊มปลายคู่ ระบบนี้จึงได้รับเอาต์พุตพัลส์อัลตร้าสั้นขนาด 2.8 ไมโครเมตร ด้วยกำลังเฉลี่ย 8.12 วัตต์ และความกว้างพัลส์ 148 เฟอวินาที สถิติระดับนานาชาติของกำลังเฉลี่ยสูงสุดที่กลุ่มวิจัยนี้ทำได้ยังได้รับการทบทวนอีกครั้ง
รูปที่ 1 แผนภาพโครงสร้างของเลเซอร์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN ตามโครงสร้าง MOPA
โครงสร้างของเลเซอร์เฟมโตวินาทีระบบแสดงในรูปที่ 1 เส้นใย Er:ZBLAN แบบหุ้มสองชั้นโหมดเดี่ยว ความยาว 3.1 เมตร ถูกใช้เป็นเส้นใยเกนในปรีแอมป์ โดยมีความเข้มข้นของสารเจือปน 7 โมล% และเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 15 ไมโครเมตร (NA = 0.12) ในเครื่องขยายเสียงหลัก เส้นใย Er:ZBLAN แบบหุ้มสองชั้นโหมดขนาดใหญ่ ความยาว 4 เมตร ถูกใช้เป็นเส้นใยเกน โดยมีความเข้มข้นของสารเจือปน 6 โมล% และเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 30 ไมโครเมตร (NA = 0.12) เส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่ใหญ่ขึ้นทำให้เส้นใยเกนมีค่าสัมประสิทธิ์ไม่เชิงเส้นต่ำลง และสามารถทนต่อกำลังไฟฟ้าสูงสุดและพัลส์เอาต์พุตที่มีพลังงานพัลส์ขนาดใหญ่ได้ ปลายทั้งสองข้างของเส้นใยเกนถูกเชื่อมเข้ากับขั้วบวก AlF3
เวลาโพสต์: 19 ก.พ. 2567