เลเซอร์แผ่นแบบล็อกโหมด เลเซอร์พลังงานสูงความเร็วสูงพิเศษ

เฟมโตวินาทีพลังงานสูงเลเซอร์มีคุณค่าในการประยุกต์ใช้สูงในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม เช่น การสร้างคลื่นเทราเฮิร์ตซ์ การสร้างพัลส์แอตโตวินาที และหวีความถี่แสงเลเซอร์ที่ล็อกโหมดสื่อขยายสัญญาณแบบบล็อกแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัดเนื่องจากปรากฏการณ์เลนส์ความร้อนที่กำลังสูง และปัจจุบันกำลังเอาต์พุตสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 20 วัตต์

เลเซอร์แผ่นบางใช้โครงสร้างปั๊มแบบหลายรอบเพื่อสะท้อนแสงไฟปั๊มใช้แผ่นตัวกลางเพิ่มกำลังแสงที่มีความหนา 100 ไมครอนเพื่อการดูดซับพลังงานปั๊มที่มีประสิทธิภาพสูง ตัวกลางเพิ่มกำลังแสงที่บางมากนี้ kết hợp กับเทคโนโลยีระบายความร้อนด้านหลัง ช่วยลดอิทธิพลของปรากฏการณ์เลนส์ความร้อนและปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้นได้อย่างมาก และสามารถสร้างพัลส์เฟมโตวินาทีที่มีกำลังสูงขึ้นได้
เครื่องกำเนิดสัญญาณเลเซอร์แบบเวเฟอร์ที่ผสานรวมกับเทคโนโลยีการล็อกโหมดด้วยเลนส์เคอร์ เป็นวิธีการหลักในการสร้างเอาต์พุตเลเซอร์กำลังเฉลี่ยสูงที่มีความกว้างของพัลส์อยู่ในระดับเฟมโตวินาที

รูปที่ 1 (ก) แผนภาพโครงสร้างทางแสง 72 และ (ข) แผนภาพทางกายภาพของโมดูลปั๊ม

ทีมนักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีนได้ออกแบบและสร้างเลเซอร์แผ่นแบบล็อคโหมดด้วยเลนส์เคอร์โดยใช้โมดูลปั๊ม 72 ทางที่พัฒนาขึ้นเอง และพัฒนาเลเซอร์แผ่นแบบล็อคโหมดด้วยเลนส์เคอร์ที่มีกำลังเฉลี่ยและพลังงานพัลส์เดี่ยวสูงสุดในประเทศจีน
โดยอาศัยหลักการล็อกโหมดของเลนส์เคอร์และการคำนวณแบบวนซ้ำของเมทริกซ์ ABCD ทีมวิจัยได้วิเคราะห์ทฤษฎีการล็อกโหมดของเลเซอร์ล็อกโหมดเลนส์เคอร์แผ่นบางเป็นครั้งแรก จำลองการเปลี่ยนแปลงโหมดในเรโซเนเตอร์ระหว่างการทำงานล็อกโหมดและการทำงานต่อเนื่อง และยืนยันว่ารัศมีโหมดโพรงที่ไดอะแฟรมแข็งจะลดลงมากกว่า 7% หลังจากการล็อกโหมด

ต่อมา ทีมวิจัยได้ออกแบบและสร้างเรโซเนเตอร์แบบล็อกโหมดเลนส์เคอร์ (รูปที่ 2) โดยใช้โมดูลปั๊ม 72 ทาง (รูปที่ 1) ที่ทีมพัฒนาขึ้นเองเป็นแนวทางในการออกแบบ และได้เลเซอร์แบบพัลส์ที่มีกำลังเฉลี่ย 11.78 วัตต์ ความกว้างพัลส์ 245 เฟมโตวินาที และพลังงานพัลส์เดี่ยว 0.14 ไมโครจูล ที่เวลาปั๊ม 72 วัตต์ ความกว้างของพัลส์เอาต์พุตและการเปลี่ยนแปลงของโหมดภายในโพรงเรโซเนเตอร์นั้นสอดคล้องกับผลการจำลองเป็นอย่างดี

รูปที่ 2 แผนภาพแสดงโพรงเรโซแนนซ์ของเลเซอร์เวเฟอร์ Yb:YAG แบบล็อคโหมดด้วยเลนส์เคอร์ที่ใช้ในการทดลอง

เพื่อเพิ่มกำลังเอาต์พุตของเลเซอร์ ทีมวิจัยได้เพิ่มรัศมีโค้งของกระจกโฟกัส และปรับความหนาของตัวกลางเคอร์และค่าการกระจายตัวอันดับสองอย่างละเอียด เมื่อตั้งกำลังปั๊มไว้ที่ 94 วัตต์ กำลังเอาต์พุตเฉลี่ยเพิ่มขึ้นเป็น 22.33 วัตต์ ความกว้างพัลส์อยู่ที่ 394 เฟมโตวินาที และพลังงานพัลส์เดี่ยวอยู่ที่ 0.28 ไมโครจูล

เพื่อเพิ่มกำลังส่งออกให้สูงขึ้น ทีมวิจัยจะเพิ่มรัศมีโค้งของกระจกเว้าคู่ที่โฟกัสให้มากขึ้น ในขณะเดียวกันก็จะวางตัวเรโซเนเตอร์ไว้ในสภาพแวดล้อมปิดที่มีสุญญากาศต่ำ เพื่อลดอิทธิพลของการรบกวนและการกระจายตัวของอากาศ