ก้าวล้ำ! อินฟราเรดกลางขนาด 3 μm ที่มีกำลังสูงที่สุดในโลกไฟเบอร์เลเซอร์เฟมโตวินาที
ไฟเบอร์เลเซอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์อินฟราเรดกลาง ขั้นตอนแรกคือการเลือกวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่เหมาะสม ในเลเซอร์ไฟเบอร์อินฟราเรดใกล้ เมทริกซ์แก้วควอตซ์เป็นวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่พบมากที่สุดซึ่งมีการสูญเสียการส่งผ่านต่ำมาก มีความแข็งแรงเชิงกลที่เชื่อถือได้ และมีเสถียรภาพที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพลังงานโฟนอนสูง (1150 ซม. -1) จึงไม่สามารถใช้ไฟเบอร์ควอตซ์สำหรับการส่งผ่านเลเซอร์อินฟราเรดกลางได้ เพื่อให้ได้การส่งผ่านเลเซอร์อินฟราเรดกลางที่มีการสูญเสียต่ำ เราจำเป็นต้องเลือกวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์อื่นที่มีพลังงานโฟนอนต่ำกว่า เช่น เมทริกซ์แก้วซัลไฟด์หรือเมทริกซ์แก้วฟลูออไรด์ ไฟเบอร์ซัลไฟด์มีพลังงานโฟนอนต่ำที่สุด (ประมาณ 350 ซม. -1) แต่มีปัญหาคือไม่สามารถเพิ่มความเข้มข้นของการเจือปนได้ ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับใช้เป็นไฟเบอร์เกนเพื่อสร้างเลเซอร์อินฟราเรดกลาง แม้ว่าพื้นผิวแก้วฟลูออไรด์จะมีพลังงานโฟนอนสูงกว่าเล็กน้อย (550 ซม. -1) เมื่อเทียบกับพื้นผิวแก้วซัลไฟด์ แต่ก็สามารถส่งผ่านข้อมูลการสูญเสียต่ำสำหรับเลเซอร์อินฟราเรดกลางที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 4 ไมโครเมตรได้ ที่สำคัญกว่านั้น พื้นผิวแก้วฟลูออไรด์สามารถบรรลุความเข้มข้นของการเจือปนไอออนแรร์เอิร์ธสูง ซึ่งสามารถให้ค่าเกนที่จำเป็นสำหรับการสร้างเลเซอร์อินฟราเรดกลางได้ ตัวอย่างเช่น ไฟเบอร์ฟลูออไรด์ ZBLAN ที่โตเต็มที่ที่สุดสำหรับ Er3+ สามารถบรรลุความเข้มข้นของการเจือปนได้ถึง 10 โมล ดังนั้น เมทริกซ์แก้วฟลูออไรด์จึงเป็นวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์อินฟราเรดกลาง
เมื่อไม่นานนี้ ทีมของศาสตราจารย์ Ruan Shuangchen และศาสตราจารย์ Guo Chunyu จากมหาวิทยาลัยเซินเจิ้นได้พัฒนาเฟมโตวินาทีกำลังสูงไฟเบอร์เลเซอร์พัลส์ประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN ที่ล็อคโหมด 2.8μm, พรีแอมป์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN โหมดเดียว และเครื่องขยายสัญญาณหลักไฟเบอร์ Er:ZBLAN แบบฟิลด์โหมดขนาดใหญ่
ระบบนี้ได้รับเอาต์พุตพัลส์อัลตราสั้นขนาด 2.8 ไมโครเมตรด้วยกำลังเฉลี่ย 8.12 วัตต์และความกว้างพัลส์ 148 เฟอรส์วินาที โดยอิงตามทฤษฎีการบีบอัดและการขยายด้วยตนเองของพัลส์อัลตราสั้นช่วงกลางอินฟราเรดที่ควบคุมโดยสถานะโพลาไรเซชันและงานจำลองเชิงตัวเลขของกลุ่มวิจัยของเรา ร่วมกับวิธีการระงับแบบไม่เชิงเส้นและการควบคุมโหมดของใยแก้วนำแสงโหมดใหญ่ เทคโนโลยีการระบายความร้อนแบบแอ็คทีฟ และโครงสร้างการขยายของปั๊มปลายคู่ ระบบนี้จึงได้รับเอาต์พุตพัลส์อัลตราสั้นขนาด 2.8 ไมโครเมตรด้วยกำลังเฉลี่ย 8.12 วัตต์และความกว้างพัลส์ 148 เฟอรส์วินาที นอกจากนี้ กลุ่มวิจัยยังได้สร้างสถิติระดับนานาชาติของกำลังเฉลี่ยสูงสุดที่กลุ่มวิจัยนี้ทำได้อีกครั้ง
รูปที่ 1 แผนภาพโครงสร้างของเลเซอร์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN ที่ใช้โครงสร้าง MOPA
โครงสร้างของเลเซอร์เฟมโตวินาทีระบบดังกล่าวแสดงในรูปที่ 1 ไฟเบอร์ Er:ZBLAN แบบหุ้มสองชั้นโหมดเดี่ยวที่มีความยาว 3.1 ม. ถูกใช้เป็นไฟเบอร์เกนในปรีแอมป์ที่มีความเข้มข้นของสารเจือปน 7 โมล% และเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 15 μm (NA = 0.12) ในแอมป์หลัก ไฟเบอร์ Er:ZBLAN แบบหุ้มสองชั้นโหมดขนาดใหญ่ที่มีความยาว 4 ม. ถูกใช้เป็นไฟเบอร์เกนที่มีความเข้มข้นของสารเจือปน 6 โมล% และเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 30 μm (NA = 0.12) เส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่ใหญ่กว่าทำให้ไฟเบอร์เกนมีค่าสัมประสิทธิ์แบบไม่เชิงเส้นที่ต่ำกว่า และสามารถทนต่อกำลังพีคที่สูงขึ้นและเอาต์พุตพัลส์ของพลังงานพัลส์ที่ใหญ่กว่าได้ ปลายทั้งสองข้างของไฟเบอร์เกนจะหลอมรวมกับฝาครอบขั้ว AlF3
เวลาโพสต์ : 19 ก.พ. 2567