Une avancée majeure ! Le spectromètre infrarouge moyen de 3 µm le plus puissant au mondelaser à fibre femtoseconde
Laser à fibrePour obtenir une sortie laser dans l'infrarouge moyen, la première étape consiste à sélectionner le matériau de matrice fibreuse approprié. Dans les lasers à fibre proche infrarouge, la matrice en verre de quartz est le matériau le plus courant, offrant une très faible perte de transmission, une résistance mécanique fiable et une excellente stabilité. Cependant, en raison de l'énergie phononique élevée (1 150 cm-1), la fibre de quartz ne peut pas être utilisée pour la transmission laser dans l'infrarouge moyen. Afin d'obtenir une transmission à faible perte dans l'infrarouge moyen, il est nécessaire de sélectionner d'autres matériaux de matrice fibreuse à plus faible énergie phononique, comme la matrice en verre sulfuré ou fluoré. La fibre sulfuré présente la plus faible énergie phononique (environ 350 cm-1), mais présente l'inconvénient de ne pas pouvoir augmenter la concentration de dopage ; elle n'est donc pas adaptée à une utilisation comme fibre de gain pour la génération de lasers dans l'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 longueurs d'onde inférieures à 4 μm. Plus important encore, le substrat en verre fluoré permet d'obtenir une concentration élevée de dopage en ions de terres rares, ce qui permet d'obtenir le gain requis pour la génération laser infrarouge moyen. Par exemple, la fibre ZBLAN fluorée la plus mature pour Er3+ a pu atteindre une concentration de dopage allant jusqu'à 10 mol. Par conséquent, la matrice en verre fluoré est le matériau de matrice de fibre le plus adapté aux lasers à fibre infrarouge moyen.
Récemment, l'équipe du professeur Ruan Shuangchen et du professeur Guo Chunyu de l'Université de Shenzhen a développé un spectromètre 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 grand champ de mode.
En s'appuyant sur la théorie d'autocompression et d'amplification des impulsions ultracourtes dans l'infrarouge moyen contrôlées par l'état de polarisation et sur les travaux de simulation numérique de notre groupe de recherche, combinés aux méthodes de suppression non linéaire et de contrôle de mode de la fibre optique à grand mode, à la technologie de refroidissement actif et à la structure d'amplification de la pompe à double extrémité, le système obtient une sortie d'impulsion ultracourte de 2,8 µm avec une puissance moyenne de 8,12 W et une largeur d'impulsion de 148 fs. Le record international de puissance moyenne la plus élevée atteint par ce groupe de recherche a été encore amélioré.
Figure 1 Diagramme de structure du laser à fibre Er:ZBLAN basé sur la structure MOPA
La structure de lalaser femtosecondeLe système est illustré à la figure 1. Une fibre Er:ZBLAN monomode à double gaine de 3,1 m de long a été utilisée comme fibre de gain dans le préamplificateur, avec un dopage de 7 % en moles et un diamètre de cœur de 15 μm (NA = 0,12). Dans l'amplificateur principal, une fibre Er:ZBLAN à grand champ modal à double gaine de 4 m de long a été utilisée comme fibre de gain, avec un dopage de 6 % en moles et un diamètre de cœur de 30 μm (NA = 0,12). Le diamètre de cœur plus grand confère à la fibre de gain un coefficient non linéaire plus faible et permet de supporter une puissance de crête plus élevée et une sortie d'impulsions d'énergie plus élevée. Les deux extrémités de la fibre de gain sont fusionnées au capuchon terminal en AlF3.
Date de publication : 19 février 2024