לייזר גיליון נעול במצב, לייזר אולטרה מהיר בעל אנרגיה גבוהה

פמטו-שנייה בהספק גבוהלייזרבעל ערך יישומי רב במחקר מדעי ובתחומים תעשייתיים כגון יצירת טרה-הרץ, יצירת פולסים אטו-שניים ומסרק תדרים אופטי.לייזרים נעולים-מודהמבוססים על מדיה מסורתית של בלוק-הגבר מוגבלים על ידי אפקט עדשה תרמית בהספק גבוה, וכיום הספק המוצא המרבי הוא כ-20 וואט.

לייזר דק משתמש במבנה משאבה רב-מעבר כדי לשקף אתאור המשאבהלמדיום הגברת יריעות בעובי של 100 מיקרון לספיגת משאבה יעילה גבוהה. מדיום ההגבר הדק במיוחד בשילוב עם טכנולוגיית קירור אחורי מפחית מאוד את השפעת אפקט העדשה התרמית והאפקט הלא ליניארי, ויכול להשיג פלט פולס פמטו-שנייה בעל עוצמה גבוהה יותר.
מתנדי פרוסות בשילוב עם טכנולוגיית נעילת מצב עדשת Kerr הם האמצעים העיקריים להשגת תפוקת לייזר בעלת הספק ממוצע גבוה עם רוחב פולס בסדר גודל של פמטו-שנייה.

איור 1 (א) דיאגרמת מבנה אופטי 72 ו-(ב) דיאגרמת מבנה פיזיקלית של מודול המשאבה

צוות חוקרים מהאקדמיה הסינית למדעים תכנן ובנה לייזר יריעות נעול במצב עדשת Kerr המבוסס על מודול משאבה בעל 72 כיוונים שפותח באופן עצמאי, ופיתח לייזר יריעות נעול במצב עדשת Kerr בעל ההספק הממוצע ואנרגיית הפולס הבודד הגבוהים ביותר בסין.
בהתבסס על עקרון נעילת המצבים של עדשת Kerr וחישוב איטרטיבי של מטריצת ABCD, צוות המחקר ניתח תחילה את תיאוריית נעילת המצבים של לייזר נעילת המצבים של עדשת Kerr בעל לוח דק, סימולציה של שינויי המצבים במהוד במהלך פעולת נעילת המצבים ותפעול רציף, ואישר שרדיוס מצב החלל בסרעפת הקשה יופחת ביותר מ-7% לאחר נעילת המצבים.

לאחר מכן, בהנחיית עקרון התכנון, צוות המחקר תכנן ובנה מהוד נעול במצב עדשת Kerr (איור 2) המבוסס על מודול משאבה בעל 72 כיוונים (איור 1) שפותח באופן עצמאי על ידי הצוות, וקיבל פלט לייזר פולס עם הספק ממוצע של 11.78W, רוחב פולס של 245 fps ואנרגיית פולס יחיד של 0.14μJ בזמן שאיבה של 72W. רוחב פולס הפלט והשינוי במצב התוך-חללי תואמים היטב את תוצאות הסימולציה.

איור 2. תרשים סכמטי של חלל התהודה של לייזר פרוסות Yb:YAG בעל נעילת מצב עדשת Kerr ששימש בניסוי.

על מנת לשפר את עוצמת המוצא של הלייזר, צוות המחקר הגדיל את רדיוס העקמומיות של מראת המיקוד, וכיוונן את עובי מדיום Kerr ואת הפיזור מסדר שני. כאשר עוצמת המשאבה נקבעה ל-94 וואט, עוצמת המוצא הממוצעת הוגדלה ל-22.33 וואט, ורוחב הפולס היה 394 רגל לשנייה ואנרגיית הפולס הבודד הייתה 0.28 מיקרוג'אול.

כדי להגדיל עוד יותר את עוצמת המוצא, צוות המחקר יגדיל עוד יותר את רדיוס העקמומיות של זוג המראות הקעורות הממוקדות, תוך הצבת המהוד בסביבה סגורה עם ואקום נמוך כדי להפחית את השפעת הפרעות האוויר ופיזור האוויר.