ليزر صفائح مقفل الوضع، ليزر فائق السرعة عالي الطاقة

فيمتوثانية عالية الطاقةالليزرله قيمة تطبيقية كبيرة في البحث العلمي والمجالات الصناعية مثل توليد تيراهيرتز وتوليد نبض الأتوسيكوند ومشط التردد البصري.ليزر مقفلاستنادًا إلى وسائط كسب الكتلة التقليدية، فهي محدودة بتأثير العدسات الحرارية عند الطاقة العالية، وتبلغ الطاقة الإنتاجية القصوى حاليًا حوالي 20 واط.

يستخدم الليزر ذو الصفائح الرقيقة هيكل مضخة متعدد التمريرات ليعكسضوء المضخةإلى الطبقة كسب متوسط ​​بسمك 100 ميكرون لامتصاص المضخة بكفاءة عالية. يعمل وسيط الكسب الرفيع للغاية جنبًا إلى جنب مع تقنية التبريد الخلفي على تقليل تأثير تأثير العدسة الحرارية والتأثير غير الخطي بشكل كبير، ويمكن أن يحقق خرج نبض الفيمتو ثانية ذو طاقة أعلى.
تعد مذبذبات الرقاقة المدمجة مع تقنية قفل وضع عدسة Kerr هي الوسيلة الرئيسية للحصول على متوسط ​​عالي لإخراج الليزر مع عرض نبضي في حدود الفمتوثانية.

تين. 1 (أ) 72 رسم تخطيطي للهيكل البصري و (ب) رسم تخطيطي مادي لوحدة المضخة

قام فريق من الباحثين من الأكاديمية الصينية للعلوم بتصميم وبناء ليزر صفائحي مقفل بوضع عدسة Kerr استنادًا إلى وحدة مضخة ذات 72 اتجاهًا تم تطويرها ذاتيًا، وقاموا بتطوير صفائح ليزر مقفلة بوضع عدسة Kerr بأعلى متوسط ​​طاقة ومفردة طاقة النبض في الصين
استنادًا إلى مبدأ قفل وضع عدسة Kerr والحساب التكراري لمصفوفة ABCD، قام فريق البحث أولاً بتحليل نظرية قفل الوضع في ليزر قفل وضع عدسة Kerr الرقيق، وقام بمحاكاة تغيرات الوضع في الرنان أثناء عملية قفل الوضع والتشغيل المستمر، وأكد أن نصف قطر وضع التجويف عند الحجاب الحاجز الصلب سيتم تقليله بأكثر من 7% بعد قفل الوضع.

بعد ذلك، واسترشادًا بمبدأ التصميم، قام فريق البحث بتصميم وبناء مرنان مغلق الوضع لعدسة Kerr (الشكل 2) استنادًا إلى وحدة المضخة ذات 72 اتجاهًا (الشكل 1) التي طورها الفريق بشكل مستقل، وحصلوا على ليزر نابض. خرج بقوة متوسطة تبلغ 11.78 وات، وعرض نبض يبلغ 245 fs وطاقة نبضية واحدة تبلغ 0.14μJ عند وقت ضخ 72 وات. يتوافق عرض نبضة الخرج وتباين الوضع داخل التجويف بشكل جيد مع نتائج المحاكاة.

تين. 2 رسم تخطيطي لتجويف الرنين الخاص بليزر الرقاقة Yb: YAG المقفل في وضع عدسة Kerr المستخدم في التجربة

من أجل تحسين طاقة خرج الليزر، قام فريق البحث بزيادة نصف قطر انحناء مرآة التركيز، وضبط سمك كير المتوسط ​​والتشتت من الدرجة الثانية. عندما تم ضبط طاقة المضخة على 94 واط، تمت زيادة متوسط ​​طاقة الخرج إلى 22.33 واط، وكان عرض النبضة 394 fs وكانت طاقة النبضة الفردية 0.28 ميكروجول.

لزيادة طاقة الخرج بشكل أكبر، سيقوم فريق البحث بزيادة نصف قطر انحناء زوج المرآة المقعرة المركزة، مع وضع الرنان في بيئة مغلقة منخفضة الفراغ لتقليل تأثير اضطراب الهواء وتشتت الهواء.