اختراق! أعلى قوة في العالم للأشعة تحت الحمراء المتوسطة 3 ميكرومترليزر ألياف الفيمتو ثانية
ليزر الأليافلتحقيق إخراج ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، فإن الخطوة الأولى هي اختيار مادة مصفوفة الألياف المناسبة. في ليزر الألياف القريبة من الأشعة تحت الحمراء، تعتبر مصفوفة زجاج الكوارتز هي مادة مصفوفة الألياف الأكثر شيوعًا مع فقدان نقل منخفض جدًا وقوة ميكانيكية موثوقة وثبات ممتاز. ومع ذلك، بسبب طاقة الفونون العالية (1150 سم-1)، لا يمكن استخدام ألياف الكوارتز لنقل الليزر بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة. من أجل تحقيق انتقال منخفض الخسارة لليزر بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة، نحتاج إلى إعادة اختيار مواد مصفوفة ألياف أخرى ذات طاقة فونون أقل، مثل مصفوفة زجاج الكبريتيد أو مصفوفة زجاج الفلورايد. تتمتع ألياف الكبريتيد بأقل طاقة فونونية (حوالي 350 سم-1)، ولكنها تعاني من مشكلة عدم إمكانية زيادة تركيز المنشطات، لذلك فهي غير مناسبة للاستخدام كألياف كسب لتوليد ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. على الرغم من أن الركيزة الزجاجية للفلورايد تحتوي على طاقة فونون أعلى قليلاً (550 سم-1) من الركيزة الزجاجية الكبريتيدية، إلا أنها يمكنها أيضًا تحقيق نقل منخفض الخسارة لأشعة الليزر المتوسطة تحت الحمراء بأطوال موجية أقل من 4 ميكرومتر. والأهم من ذلك، يمكن لركيزة زجاج الفلورايد تحقيق تركيز عالي من المنشطات الأرضية النادرة، والذي يمكن أن يوفر الكسب المطلوب لتوليد ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، على سبيل المثال، تمكنت ألياف الفلورايد ZBLAN الأكثر نضجًا لـ Er3 + من تحقيق تركيز المنشطات بمقدار ما يصل إلى 10 مول. ولذلك، فإن مصفوفة زجاج الفلورايد هي مادة مصفوفة الألياف الأكثر ملاءمة لألياف الليزر ذات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة.
في الآونة الأخيرة، قام فريق البروفيسور روان شوانغشن والبروفيسور قوه تشونيو في جامعة شنتشن بتطوير فيمتوثانية عالية الطاقةنبض ألياف الليزريتكون من مذبذب ألياف Er:ZBLAN بقطر 2.8 ميكرومتر، ومضخم ألياف Er:ZBLAN أحادي الوضع، ومضخم رئيسي للألياف Er:ZBLAN ذو الوضع الكبير.
استنادًا إلى نظرية الضغط الذاتي والتضخيم لنبضات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والقصيرة للغاية التي يتم التحكم فيها بواسطة حالة الاستقطاب وأعمال المحاكاة العددية لمجموعة البحث لدينا، جنبًا إلى جنب مع طرق القمع غير الخطية والتحكم في الوضع للألياف الضوئية ذات الوضع الكبير وتقنية التبريد النشطة والتضخيم هيكل المضخة ذات النهاية المزدوجة، يحصل النظام على خرج نبض قصير للغاية يبلغ 2.8 ميكرومتر مع متوسط طاقة يبلغ 8.12 وات وعرض نبض يبلغ 148 fs. تم تحديث السجل الدولي لأعلى متوسط قوة حققته مجموعة البحث هذه بشكل أكبر.
الشكل 1: مخطط هيكلي لليزر الليفي Er:ZBLAN استنادًا إلى هيكل MOPA
هيكلليزر الفيمتو ثانيةيظهر النظام في الشكل 1. تم استخدام ألياف Er:ZBLAN أحادية الوضع بطول 3.1 متر كألياف كسب في المضخم الأولي بتركيز منشط قدره 7 مول٪ وقطر أساسي يبلغ 15 ميكرومتر (NA = 0.12). في مكبر الصوت الرئيسي ، تم استخدام مجال ذو وضع كبير مزدوج Er: ZBLAN بطول 4 أمتار كألياف كسب بتركيز منشطات قدره 6 مول٪ وقطر أساسي يبلغ 30 ميكرومتر (NA = 0.12). القطر الأساسي الأكبر يجعل ألياف الكسب ذات معامل غير خطي أقل ويمكنها تحمل طاقة ذروة أعلى وإخراج نبضي لطاقة نبضية أكبر. يتم دمج طرفي ألياف الكسب في الغطاء الطرفي AlF3.
وقت النشر: 19 فبراير 2024