ทะลุทะลวง! พลังงานอินฟราเรดกลางที่สูงที่สุดในโลก 3 μmไฟเบอร์เลเซอร์เฟมโตวินาที
ไฟเบอร์เลเซอร์เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์อินฟราเรดระดับกลาง ขั้นตอนแรกคือการเลือกวัสดุไฟเบอร์เมทริกซ์ที่เหมาะสม ในเลเซอร์ไฟเบอร์แบบอินฟราเรดใกล้ เมทริกซ์แก้วควอทซ์เป็นวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่พบได้บ่อยที่สุด โดยมีการสูญเสียการส่งผ่านต่ำมาก มีความแข็งแรงเชิงกลที่เชื่อถือได้ และมีเสถียรภาพที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพลังงานโฟนอนสูง (1,150 ซม.-1) ใยควอตซ์จึงไม่สามารถใช้กับการส่งผ่านเลเซอร์อินฟราเรดระดับกลางได้ เพื่อให้บรรลุการส่งผ่านที่สูญเสียต่ำของเลเซอร์อินฟราเรดกลาง เราจำเป็นต้องเลือกวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์อื่นๆ ที่มีพลังงานโฟนอนต่ำกว่า เช่น เมทริกซ์แก้วซัลไฟด์หรือเมทริกซ์แก้วฟลูออไรด์ เส้นใยซัลไฟด์มีพลังงานโฟนอนต่ำที่สุด (ประมาณ 350 ซม.-1) แต่มีปัญหาที่ไม่สามารถเพิ่มความเข้มข้นของสารโด๊ปได้ จึงไม่เหมาะที่จะใช้เป็นเส้นใยเกนเพื่อสร้างเลเซอร์อินฟราเรดระดับกลาง แม้ว่าซับสเตรตแก้วฟลูออไรด์จะมีพลังงานฟอนอนสูงกว่าเล็กน้อย (550 cm-1) กว่าซับสเตรตแก้วซัลไฟด์ แต่ก็สามารถส่งผ่านการสูญเสียต่ำสำหรับเลเซอร์อินฟราเรดกลางที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 4 μm ที่สำคัญกว่านั้น พื้นผิวแก้วฟลูออไรด์สามารถบรรลุความเข้มข้นของการเติมไอออนของธาตุหายากได้สูง ซึ่งสามารถให้ได้รับที่จำเป็นสำหรับการสร้างเลเซอร์อินฟราเรดระดับกลาง ตัวอย่างเช่น ไฟเบอร์ ZBLAN ของฟลูออไรด์ที่เติบโตเต็มที่ที่สุดสำหรับ Er3+ สามารถบรรลุความเข้มข้นของการเติมด้วย มากถึง 10 โมล ดังนั้นเมทริกซ์แก้วฟลูออไรด์จึงเป็นวัสดุเมทริกซ์ไฟเบอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์อินฟราเรดระดับกลาง
เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมของศาสตราจารย์ Ruan Shuangchen และศาสตราจารย์ Guo Chunyu จากมหาวิทยาลัยเซินเจิ้นได้พัฒนา femtosecond พลังงานสูงเลเซอร์ไฟเบอร์พัลส์ประกอบด้วยออสซิลเลเตอร์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN ที่ล็อคโหมด2.8μm, พรีแอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์ Er:ZBLAN โหมดเดี่ยว และฟิลด์โหมดขนาดใหญ่ Er:ZBLAN แอมพลิฟายเออร์หลักไฟเบอร์
ขึ้นอยู่กับทฤษฎีการบีบอัดและการขยายตัวเองของพัลส์ช่วงสั้นพิเศษอินฟราเรดช่วงกลางที่ควบคุมโดยสถานะโพลาไรเซชันและงานจำลองเชิงตัวเลขของกลุ่มวิจัยของเรา รวมกับวิธีการปราบปรามแบบไม่เชิงเส้นและการควบคุมโหมดของใยแก้วนำแสงโหมดขนาดใหญ่ เทคโนโลยีการทำความเย็นแบบแอคทีฟและการขยายสัญญาณ โครงสร้างของปั๊มปลายคู่ ระบบได้รับเอาต์พุตพัลส์สั้นพิเศษ 2.8μm โดยมีกำลังเฉลี่ย 8.12W และความกว้างพัลส์ 148 fs บันทึกระดับสากลเกี่ยวกับพลังงานเฉลี่ยสูงสุดที่กลุ่มวิจัยนี้ทำได้ได้รับการปรับปรุงใหม่เพิ่มเติม
รูปที่ 1 แผนภาพโครงสร้างของไฟเบอร์เลเซอร์ Er:ZBLAN ตามโครงสร้าง MOPA
โครงสร้างของเลเซอร์เฟมโตวินาทีระบบแสดงในรูปที่ 1 ไฟเบอร์ Er: ZBLAN แบบหุ้มสองชั้นโหมดเดี่ยวที่มีความยาว 3.1 ม. ถูกใช้เป็นไฟเบอร์เกนในปรีแอมพลิฟายเออร์ที่มีความเข้มข้นของยาสลบ 7 โมล.% และเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง 15 ไมโครเมตร (NA = 0.12) ในแอมพลิฟายเออร์หลัก ฟิลด์โหมดขนาดใหญ่หุ้มสองชั้น Er: ไฟเบอร์ ZBLAN ที่มีความยาว 4 ม. ถูกใช้เป็นไฟเบอร์เกนที่มีความเข้มข้นของสารต้องห้าม 6 โมล.% และเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง 30 ไมโครเมตร (NA = 0.12) เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางที่ใหญ่ขึ้นทำให้ไฟเบอร์เกนมีค่าสัมประสิทธิ์ไม่เชิงเส้นต่ำกว่า และสามารถทนต่อกำลังสูงสุดและเอาต์พุตพัลส์ของพลังงานพัลส์ที่ใหญ่กว่าได้ ปลายทั้งสองด้านของไฟเบอร์เกนจะหลอมรวมกับฝาปิดขั้วต่อ AlF3
เวลาโพสต์: Feb-19-2024