Une avancée majeure ! Le rayonnement infrarouge moyen de 3 μm le plus puissant au mondelaser à fibre femtoseconde
Laser à fibrePour obtenir une émission laser dans l'infrarouge moyen, la première étape consiste à sélectionner le matériau de la matrice de fibre approprié. Dans les lasers à fibre proche infrarouge, la matrice en verre de quartz est la plus courante grâce à ses très faibles pertes de transmission, sa résistance mécanique fiable et son excellente stabilité. Cependant, en raison de sa haute énergie de phonons (1150 cm⁻¹), la fibre de quartz ne peut être utilisée pour la transmission laser dans l'infrarouge moyen. Afin d'obtenir une transmission à faibles pertes dans l'infrarouge moyen, il est nécessaire de sélectionner d'autres matériaux de matrice de fibre présentant une énergie de phonons plus faible, tels que les matrices en verre sulfuré ou fluoré. La fibre sulfurée possède l'énergie de phonons la plus basse (environ 350 cm⁻¹), mais l'impossibilité d'augmenter sa concentration de dopage la rend inadaptée comme fibre amplificatrice pour la génération d'un laser infrarouge moyen. Bien que le substrat en verre fluoré présente une énergie de phonons légèrement supérieure (550 cm⁻¹) à celle du substrat en verre sulfuré, il permet également une transmission à faibles pertes pour les lasers infrarouges moyens de longueur d'onde inférieure à 4 μm. Plus important encore, le substrat en verre fluoré permet d'atteindre une concentration de dopage élevée en ions de terres rares, ce qui fournit le gain nécessaire à la génération de lasers infrarouges moyens. Par exemple, la fibre ZBLAN en verre fluoré la plus aboutie pour Er³⁺ a permis d'atteindre une concentration de dopage de 10⁻¹⁰ mol. Par conséquent, la matrice en verre fluoré est le matériau de matrice de fibre le plus adapté aux lasers à fibre infrarouges moyens.
Récemment, l'équipe du professeur Ruan Shuangchen et du professeur Guo Chunyu de l'université de Shenzhen a mis au point un laser femtoseconde de haute puissance.laser à fibre pulsécomposé d'un oscillateur à fibre Er:ZBLAN à verrouillage de mode de 2,8 μm, d'un préamplificateur à fibre Er:ZBLAN monomode et d'un amplificateur principal à fibre Er:ZBLAN à champ de mode large.
S’appuyant sur la théorie de l’auto-compression et de l’amplification des impulsions ultracourtes infrarouges moyennes contrôlées par l’état de polarisation, ainsi que sur les simulations numériques réalisées par notre groupe de recherche, et combinant la suppression non linéaire et le contrôle de mode de la fibre optique à grand mode, une technologie de refroidissement actif et une structure d’amplification à double pompe, le système produit une impulsion ultracourte de 2,8 μm d’une puissance moyenne de 8,12 W et d’une durée de 148 fs. Ce système établit ainsi un nouveau record international de puissance moyenne.
Figure 1 Schéma de structure du laser à fibre Er:ZBLAN basé sur une structure MOPA
La structure de lalaser femtosecondeLe système est illustré sur la figure 1. Une fibre Er:ZBLAN monomode à double gaine de 3,1 m de longueur a été utilisée comme fibre amplificatrice dans le préamplificateur. Cette fibre présente une concentration de dopage de 7 % molaire et un diamètre de cœur de 15 μm (NA = 0,12). Dans l'amplificateur principal, une fibre Er:ZBLAN à double gaine et à champ modal élevé, d'une longueur de 4 m, a été utilisée comme fibre amplificatrice. Cette fibre présente une concentration de dopage de 6 % molaire et un diamètre de cœur de 30 μm (NA = 0,12). Le diamètre de cœur plus important confère à la fibre amplificatrice un coefficient non linéaire plus faible et lui permet de supporter une puissance de crête plus élevée ainsi qu'une énergie d'impulsion plus importante. Les deux extrémités de la fibre amplificatrice sont fusionnées à un capuchon terminal en AlF3.
Date de publication : 19 février 2024