לייזר גיליון נעול במצב, לייזר מהיר במיוחד באנרגיה גבוהה

פמט שנייה בעוצמה גבוההלייזרבעל ערך יישומי רב במחקר מדעי ובתחומים תעשייתיים כגון ייצור טרה-הרץ, יצירת דופק attosecond ומסרק תדר אופטי.לייזרים נעולים מסוג Modהמבוססים על מדיה מסורתית עם רווח בלוק מוגבלים על ידי אפקט עדשה תרמית בהספק גבוה, וכרגע הספק המוצא המרבי הוא כ-20 וואט.

לייזר גיליון דק משתמש במבנה משאבת רב-מעבר כדי לשקף אתאור משאבהלגיליון רווח בינוני בעובי של 100 מיקרון לספיגת משאבה ביעילות גבוהה. מדיום הרווח הדק במיוחד בשילוב עם טכנולוגיית הקירור האחורי מפחית במידה ניכרת את ההשפעה של אפקט העדשה התרמית והאפקט הלא ליניארי, ויכול להשיג תפוקת דופק פמט שנייה בעוצמה גבוהה יותר.
מתנדים משולבים עם טכנולוגיית נעילת מצב עדשות Kerr הם האמצעי העיקרי להשגת תפוקת לייזר ממוצעת בעוצמה גבוהה ברוחב פולסים בסדר גודל של פמט-שנייה.

תְאֵנָה. 1 (א) תרשים מבנה אופטי 72 ו-(ב) דיאגרמה פיזית של מודול המשאבה

צוות חוקרים מהאקדמיה הסינית למדעים תכנן ובנה לייזר גיליון ננעל במצב עדשת Kerr המבוסס על מודול משאבת 72 כיוונים שפותח בעצמו, ופיתח לייזר גיליון ננעל במצב עדשת Kerr עם ההספק הממוצע והיחיד הגבוה ביותר אנרגיית הדופק בסין.
בהתבסס על העיקרון של נעילת מצב עדשות Kerr והחישוב האיטרטיבי של מטריצת ABCD, צוות המחקר ניתח לראשונה את תיאוריית נעילת המצב של הלייזר לנעילת מצב עדשת קר של פלטה דקה, הדמה את שינויי המצב במהוד במהלך פעולת נעילת המצב והפעלה רציפה, ואישר שרדיוס מצב החלל בדאפרגמה הקשה יקטן ביותר מ-7% לאחר נעילת המצב.

לאחר מכן, בהנחיית עקרון התכנון, צוות המחקר תכנן ובנה מהוד נעול מצב עדשת Kerr (איור 2) המבוסס על מודול המשאבה 72-כיווני (FIG.1) שפותח באופן עצמאי על ידי הצוות, והשיג לייזר דופק. תפוקה בהספק ממוצע של 11.78W, רוחב פולס של 245 fs ואנרגיית פולס בודדת של 0.14μJ בזמן שאיבה של 72W. רוחב דופק הפלט והשינוי במצב התוך חלל תואמים היטב את תוצאות הסימולציה.

תְאֵנָה. 2 דיאגרמה סכמטית של חלל התהודה של לייזר פרוסות Yb:YAG נעול מצב עדשת Kerr בשימוש בניסוי

על מנת לשפר את כוח הפלט של הלייזר, צוות המחקר הגדיל את רדיוס העקמומיות של המראה המיקוד, וכיוונו עדין את העובי הבינוני של Kerr ופיזור מסדר שני. כאשר הספק המשאבה הוגדר ל-94 W, הספק המוצא הממוצע הוגדל ל-22.33 W, רוחב הפולס היה 394 fs ואנרגיית הפולס הבודד הייתה 0.28 μJ.

כדי להגדיל עוד יותר את הספק המוצא, צוות המחקר יגדיל עוד יותר את רדיוס העקמומיות של צמד המראות הקעורות הממוקדות, תוך מיקום המהוד בסביבה סגורה בוואקום נמוך כדי להפחית את השפעת הפרעות האוויר ופיזור האוויר.