פְּרִיצַת דֶרֶך! לייזר סיב פמט-שניות בעוצמה הגבוהה ביותר בעולם 3 מיקרומטר אמצע אינפרא אדום

פְּרִיצַת דֶרֶך! ההספק הגבוה בעולם 3 מיקרומטר אמצע אינפרא אדוםלייזר סיב פמט שנייה

לייזר סיביםכדי להשיג פלט לייזר אינפרא אדום בינוני, הצעד הראשון הוא בחירת החומר המטריצת הסיב המתאים. בלייזרי סיבים קרובים לאינפרא אדום, מטריצת זכוכית קוורץ היא חומר מטריצת הסיבים הנפוץ ביותר עם אובדן שידור נמוך מאוד, חוזק מכני אמין ויציבות מעולה. עם זאת, בגלל אנרגיית הפונון הגבוהה (1150 ס"מ-1), לא ניתן להשתמש בסיבי קוורץ לשידור לייזר אינפרא אדום בינוני. על מנת להשיג העברת אובדן נמוך של לייזר אינפרא אדום בינוני, עלינו לבחור מחדש חומרים אחרים של מטריצת סיבים עם אנרגיית פונון נמוכה יותר, כגון מטריצת זכוכית סולפידית או מטריצת זכוכית פלואוריד. לסיבי סולפיד יש את אנרגיית הפונונים הנמוכה ביותר (כ-350 ס"מ-1), אך יש לו את הבעיה שלא ניתן להעלות את ריכוז הסימום, ולכן הוא אינו מתאים לשימוש כסיבי רווח ליצירת לייזר אינפרא אדום בינוני. למרות שלמצע הזכוכית הפלואוריד יש אנרגיית פונון מעט גבוהה יותר (550 ס"מ-1) ממצע הזכוכית הסולפידית, הוא יכול גם להשיג שידור בהפסד נמוך עבור לייזרים אינפרא אדום בינוני עם אורכי גל פחות מ-4 מיקרומטר. חשוב מכך, מצע הזכוכית הפלואוריד יכול להשיג ריכוז גבוה של סימום יוני אדמה נדירים, אשר יכול לספק את הרווח הנדרש ליצירת לייזר אינפרא אדום בינוני, לדוגמה, סיב ה-ZBLAN הפלואוריד הבוגר ביותר עבור Er3+ הצליח להשיג ריכוז סימום של עד 10 מול. לכן, מטריצת זכוכית פלואוריד היא חומר מטריצת הסיבים המתאים ביותר עבור לייזרים סיבים בינוניים אינפרא אדום.

לאחרונה, צוותם של פרופסור רואן שואנגצ'ן ופרופסור גואו צ'וניו מאוניברסיטת שנזן פיתח פמט-שניה בעוצמה גבוההלייזר סיב דופקמורכב מתנד סיבי Er:ZBLAN נעול במצב 2.8μm, קדם מגבר סיבי Er:ZBLAN במצב יחיד ומגבר ראשי של סיבי Er:ZBLAN עם מצב גדול.
מבוסס על תיאוריית הדחיסה וההגברה העצמית של דופק אולטרה-קצר באמצע אינפרא אדום הנשלט על ידי מצב קיטוב ועבודת סימולציה מספרית של קבוצת המחקר שלנו, בשילוב עם דיכוי לא ליניארי ושיטות בקרת מצבים של סיבים אופטיים במצב גדול, טכנולוגיית קירור אקטיבית והגברה מבנה של משאבה כפולה, המערכת משיגה תפוקת פולסים קצרה במיוחד של 2.8 מיקרומטר בהספק ממוצע של 8.12W ורוחב פולס של 148 fs. השיא הבינלאומי של ההספק הממוצע הגבוה ביותר שהושג על ידי קבוצת מחקר זו עודכן עוד יותר.

איור 1 דיאגרמת מבנה של לייזר סיב Er:ZBLAN מבוסס על מבנה MOPA
המבנה שללייזר פמט שנייההמערכת מוצגת באיור 1. סיב Er:ZBLAN בעל כיסוי כפול במצב יחיד באורך 3.1 מ' שימש כסיב הרווח בקדם-מגבר עם ריכוז סימום של 7 מול.% וקוטר ליבה של 15 מיקרומטר (NA = 0.12). במגבר הראשי, סיב שדה גדול מסוג Er:ZBLAN בחיפוי כפול באורך של 4 מ' שימש כסיב ה-gain עם ריכוז סימום של 6 מול.% ובקוטר ליבה של 30 מיקרומטר (NA = 0.12). קוטר הליבה הגדול יותר גורם לסיב הרווח להיות בעל מקדם לא ליניארי נמוך יותר והוא יכול לעמוד בהספק שיא גבוה יותר ותפוקת דופק של אנרגיית פולסים גדולה יותר. שני הקצוות של סיב הרווח מותכים למכסה מסוף AlF3.