فيمتوثانية عالية القدرةالليزرتتمتع بقيمة تطبيقية كبيرة في البحث العلمي والمجالات الصناعية مثل توليد التيراهيرتز وتوليد النبضات الأتوثانية ومشط التردد البصري.ليزرات مقفلة بالتعديلتعتمد تقنيات الكسب الكتلي التقليدية على تأثير العدسة الحرارية عند الطاقة العالية، ويبلغ الحد الأقصى لقوة الخرج حاليًا حوالي 20 وات.
يستخدم الليزر الرقيق هيكل مضخة متعددة المرور ليعكسضوء المضخةإلى وسط كسب صفائحي بسمك 100 ميكرون لامتصاص مضخة عالي الكفاءة. يُقلل وسط الكسب الرقيق للغاية، إلى جانب تقنية التبريد الخلفي، تأثير تأثير العدسة الحرارية والتأثير غير الخطي بشكل كبير، ويمكنه تحقيق خرج نبضي عالي الطاقة بسرعة فيمتوثانية.
تعد مذبذبات الرقاقات المدمجة مع تقنية قفل وضع عدسة كير الوسيلة الرئيسية للحصول على خرج ليزر عالي الطاقة المتوسطة مع عرض نبضة في حدود الفيمتوثانية.
الشكل 1 (أ) مخطط البنية البصرية لـ 72 و (ب) مخطط فيزيائي لوحدة المضخة
قام فريق من الباحثين من الأكاديمية الصينية للعلوم بتصميم وبناء ليزر صفائحي مقفل الوضع بعدسة كير يعتمد على وحدة المضخة ذات 72 اتجاهًا التي تم تطويرها ذاتيًا، وقاموا بتطوير ليزر صفائحي مقفل الوضع بعدسة كير بأعلى متوسط طاقة وطاقة نبضة واحدة في الصين.
استنادًا إلى مبدأ قفل وضع عدسة كير والحساب التكراري لمصفوفة ABCD، قام فريق البحث أولاً بتحليل نظرية قفل الوضع لليزر قفل الوضع لعدسة كير ذات اللوحة الرقيقة، ومحاكاة تغييرات الوضع في الرنان أثناء تشغيل قفل الوضع والتشغيل المستمر، وأكد أن نصف قطر وضع التجويف عند الحجاب الحاجز الصلب سينخفض بنسبة تزيد عن 7٪ بعد قفل الوضع.
بعد ذلك، واسترشادًا بمبدأ التصميم، صمم فريق البحث وبنى مرنانًا مُقفل الوضع لعدسة كير (الشكل 2) استنادًا إلى وحدة الضخ ذات 72 اتجاهًا (الشكل 1) التي طورها الفريق بشكل مستقل. وحصلوا على خرج ليزر نبضي بقوة متوسطة 11.78 واط، وعرض نبضة 245 فمت ثانية، وطاقة نبضة واحدة 0.14 ميكروجول عند زمن ضخ 72 واط. يتوافق عرض نبضة الخرج وتغير وضع التجويف الداخلي بشكل جيد مع نتائج المحاكاة.
الشكل 2. رسم تخطيطي لتجويف الرنين لليزر الرقاقة Yb:YAG المقفل بالوضع لعدسة كير المستخدم في التجربة
لتحسين قدرة خرج الليزر، زاد فريق البحث نصف قطر انحناء مرآة التركيز، وضبط سمك وسط كير والتشتت من الدرجة الثانية. عند ضبط قدرة المضخة على 94 واط، ارتفع متوسط قدرة الخرج إلى 22.33 واط، وبلغ عرض النبضة 394 فمتوثانية، وبلغت طاقة النبضة الواحدة 0.28 ميكروجول.
ولزيادة طاقة الخرج بشكل أكبر، سيقوم فريق البحث بزيادة نصف قطر انحناء زوج المرآة المقعرة المركزة، مع وضع الرنان في بيئة مغلقة ذات فراغ منخفض لتقليل تأثير اضطراب الهواء وتشتت الهواء.
وقت النشر: ١٥ أغسطس ٢٠٢٣