Percée! La puissance la plus élevée au monde, 3 μm dans l'infrarouge moyenlaser à fibre femtoseconde
Laser à fibrepour obtenir une sortie laser infrarouge moyen, la première étape consiste à sélectionner le matériau de matrice de fibres approprié. Dans les lasers à fibre proche infrarouge, la matrice de verre de quartz est le matériau de matrice de fibre le plus courant avec une très faible perte de transmission, une résistance mécanique fiable et une excellente stabilité. Cependant, en raison de l’énergie élevée des phonons (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 du laser infrarouge moyen, nous devons resélectionner d'autres matériaux de matrice fibreuse avec une énergie de phonons plus faible, tels qu'une matrice de verre sulfuré ou une matrice de verre fluorure. La fibre de sulfure a l'énergie de phonon la plus faible (environ 350 cm-1), mais elle présente le problème que la concentration de dopage ne peut pas être augmentée, elle ne convient donc pas pour être utilisée comme fibre à gain pour générer un laser infrarouge moyen. Bien que le substrat en verre fluoré ait une énergie de phonons légèrement supérieure (550 cm-1) à celle du substrat en verre sulfuré, il peut également atteindre une transmission à faible perte pour les lasers infrarouge moyen avec des longueurs d'onde inférieures à 4 µm. Plus important encore, le substrat en verre fluoré peut atteindre une concentration élevée de dopage en ions terres rares, ce qui peut fournir le gain requis pour la génération de laser infrarouge moyen. Par exemple, la fibre ZBLAN fluorée la plus mature pour Er3+ a pu atteindre une concentration de dopage de jusqu'à 10 moles. Par conséquent, la matrice de verre fluoré est le matériau de matrice de fibres le plus approprié pour les lasers à fibre infrarouge moyen.
Récemment, l'équipe du professeur Ruan Shuangchen et du professeur Guo Chunyu de l'Université de Shenzhen a développé une femtoseconde de haute puissance.laser à fibre pulséecomposé d'un oscillateur à fibre Er:ZBLAN à mode verrouillé de 2,8 μm, d'un préamplificateur à fibre Er:ZBLAN monomode et d'un amplificateur principal à fibre Er:ZBLAN à grand champ mode.
Basé sur la théorie de l'auto-compression et de l'amplification des impulsions ultra-courtes dans l'infrarouge moyen contrôlées par l'état de polarisation et 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 grand mode, à la technologie de refroidissement actif et à l'amplification. Structure de pompe à double extrémité, le système obtient une sortie d'impulsion ultra-courte 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 rafraîchi.
Figure 1 Schéma de structure du laser à fibre Er:ZBLAN basé sur la structure MOPA
La structure dulaser femtosecondeLe système est illustré à la figure 1. La fibre Er:ZBLAN monomode à double gaine de 3,1 m de longueur a été utilisée comme fibre de gain dans le préamplificateur avec une concentration de dopage de 7 % en mole et un diamètre de cœur de 15 μm (NA = 0,12). Dans l'amplificateur principal, une fibre Er:ZBLAN à grand champ de mode à double gaine d'une longueur de 4 m a été utilisée comme fibre de gain avec une concentration de dopage de 6 % en mole et un diamètre de noyau de 30 μm (NA = 0,12). Le diamètre de noyau plus grand confère à la fibre à gain un coefficient non linéaire plus faible et peut supporter une puissance de crête plus élevée et une sortie d'impulsion d'énergie d'impulsion plus importante. Les deux extrémités de la fibre de gain sont fusionnées au capuchon terminal AlF3.
Heure de publication : 19 février 2024