ليزر صفائحي مقفل النمط، ليزر فائق السرعة عالي الطاقة

طاقة عالية فيمتوثانيةليزرتتمتع بقيمة تطبيقية كبيرة في البحث العلمي والمجالات الصناعية مثل توليد الترددات التيراهيرتزية، وتوليد نبضات الأتوثانية، ومشط التردد البصري.ليزرات مقفلة بنمط التعديلتعتمد الوسائط التقليدية ذات كسب الكتلة على تأثير العدسة الحرارية عند الطاقة العالية، وتبلغ طاقة الإخراج القصوى حاليًا حوالي 20 واط.

يستخدم ليزر الصفائح الرقيقة بنية ضخ متعددة المسارات لعكسضوء المضخةيُستخدم وسط تضخيم رقيق للغاية بسماكة 100 ميكرون لامتصاص الضخ بكفاءة عالية. ويُقلل هذا الوسط الرقيق للغاية، بالإضافة إلى تقنية التبريد الخلفي، بشكل كبير من تأثير العدسة الحرارية والتأثير غير الخطي، مما يُتيح الحصول على خرج نبضات فيمتوثانية ذات طاقة أعلى.
تُعد مذبذبات الرقاقة المقترنة بتقنية قفل نمط عدسة كير الوسيلة الرئيسية للحصول على خرج ليزر عالي الطاقة بمتوسط ​​عرض نبضة في حدود الفيمتو ثانية.

الشكل 1 (أ) مخطط التركيب البصري 72 و (ب) المخطط الفيزيائي لوحدة الضخ

قام فريق من الباحثين من الأكاديمية الصينية للعلوم بتصميم وبناء ليزر صفائحي مقفل النمط باستخدام عدسة كير بناءً على وحدة الضخ ذات 72 اتجاهًا المطورة ذاتيًا، وقاموا بتطوير ليزر صفائحي مقفل النمط باستخدام عدسة كير بأعلى متوسط ​​طاقة وطاقة نبضة واحدة في الصين.
استنادًا إلى مبدأ قفل نمط عدسة كير والحساب التكراري لمصفوفة ABCD، قام فريق البحث أولاً بتحليل نظرية قفل النمط لليزر قفل نمط عدسة كير الرقيقة، وقام بمحاكاة تغيرات النمط في الرنان أثناء عملية قفل النمط والتشغيل المستمر، وأكد أن نصف قطر نمط التجويف عند الحجاب الحاجز الصلب سينخفض ​​بأكثر من 7٪ بعد قفل النمط.

لاحقًا، واسترشادًا بمبدأ التصميم، قام فريق البحث بتصميم وبناء رنان كير ذي نمط مقفل (الشكل 2) بالاعتماد على وحدة الضخ ذات 72 منفذًا (الشكل 1) التي طورها الفريق بشكل مستقل، وحصل على خرج ليزر نبضي بمتوسط ​​قدرة 11.78 واط، وعرض نبضة 245 فيمتوثانية، وطاقة نبضة واحدة 0.14 ميكرو جول عند زمن ضخ 72 واط. يتوافق عرض نبضة الخرج وتغير نمط الرنين داخل التجويف بشكل جيد مع نتائج المحاكاة.

الشكل 2: رسم تخطيطي للتجويف الرنيني لليزر رقاقة Yb:YAG المُقفل النمط باستخدام عدسة كير والمستخدم في التجربة

لتحسين قدرة خرج الليزر، قام فريق البحث بزيادة نصف قطر انحناء المرآة البؤرية، وضبط سمك وسط كير والتشتت من الدرجة الثانية بدقة. عند ضبط قدرة الضخ على 94 واط، ارتفع متوسط ​​قدرة الخرج إلى 22.33 واط، وبلغ عرض النبضة 394 فيمتوثانية، وطاقة النبضة الواحدة 0.28 ميكرو جول.

لزيادة طاقة الإخراج بشكل أكبر، سيقوم فريق البحث بزيادة نصف قطر انحناء زوج المرايا المقعرة المركزة، مع وضع الرنان في بيئة مغلقة ذات فراغ منخفض لتقليل تأثير اضطراب الهواء وتشتت الهواء.