femtoseconde de haute puissancelaserprésente une grande valeur applicative dans la recherche scientifique et les domaines industriels tels que la génération de térahertz, la génération d'impulsions attosecondes et les peignes de fréquences optiques.Lasers à verrouillage de moduleLes supports à gain bloc traditionnels sont limités par l'effet de lentille thermique à haute puissance, et actuellement la puissance de sortie maximale est d'environ 20 W.
Le laser à feuille mince utilise une structure de pompage multi-passes pour réfléchir lelampe à pompeLe milieu amplificateur en feuillet, d'une épaisseur de 100 microns, assure une absorption de la pompe à haut rendement. Ce milieu extrêmement mince, associé à une technologie de refroidissement par l'arrière, réduit considérablement l'influence de l'effet de lentille thermique et des effets non linéaires, permettant ainsi d'obtenir une puissance de sortie d'impulsions femtosecondes plus élevée.
Les oscillateurs à plaquettes combinés à la technologie de verrouillage de mode par lentille de Kerr constituent le principal moyen d'obtenir une puissance laser moyenne élevée avec une largeur d'impulsion de l'ordre de la femtoseconde.
FIG. 1 (a) Schéma de la structure optique 72 et (b) schéma physique du module de pompage
Une équipe de chercheurs de l'Académie chinoise des sciences a conçu et construit un laser à feuille à verrouillage de mode par lentille de Kerr basé sur un module de pompage à 72 voies développé en interne, et a mis au point un laser à feuille à verrouillage de mode par lentille de Kerr avec la puissance moyenne et l'énergie d'impulsion unique les plus élevées de Chine.
En se basant sur le principe du verrouillage de mode de la lentille Kerr et sur le calcul itératif de la matrice ABCD, l'équipe de recherche a d'abord analysé la théorie du verrouillage de mode du laser à verrouillage de mode de la lentille Kerr à plaque mince, simulé les changements de mode dans le résonateur pendant le fonctionnement en mode de verrouillage et en fonctionnement continu, et confirmé que le rayon du mode de la cavité au niveau du diaphragme rigide sera réduit de plus de 7 % après le verrouillage de mode.
Par la suite, guidée par le principe de conception, l'équipe de recherche a conçu et réalisé un résonateur à verrouillage de mode par lentille de Kerr (figure 2) basé sur le module de pompage à 72 voies (figure 1) développé indépendamment par l'équipe. Elle a ainsi obtenu un laser pulsé d'une puissance moyenne de 11,78 W, d'une durée d'impulsion de 245 fs et d'une énergie par impulsion de 0,14 μJ pour une durée de pompage de 72 W. La durée de l'impulsion de sortie et la variation du mode intracavité concordent bien avec les résultats de la simulation.
FIG. 2 Schéma de la cavité résonante du laser à plaquette Yb:YAG à verrouillage de mode par lentille de Kerr utilisé dans l'expérience
Afin d'améliorer la puissance de sortie du laser, l'équipe de recherche a augmenté le rayon de courbure du miroir de focalisation et a optimisé l'épaisseur du milieu de Kerr ainsi que la dispersion du second ordre. Avec une puissance de pompage de 94 W, la puissance de sortie moyenne a atteint 22,33 W, la largeur d'impulsion 394 fs et l'énergie par impulsion 0,28 μJ.
Pour augmenter encore la puissance de sortie, l'équipe de recherche augmentera davantage le rayon de courbure de la paire de miroirs concaves focalisés, tout en plaçant le résonateur dans un environnement clos à faible vide afin de réduire l'influence des perturbations et de la dispersion de l'air.
Date de publication : 15 août 2023