획기적인 발견! 세계 최고 출력 3μm 중적외선펨토초 파이버 레이저
파이버 레이저중적외선 레이저 출력을 달성하기 위한 첫 번째 단계는 적절한 파이버 매트릭스 재료를 선택하는 것입니다. 근적외선 파이버 레이저에서 석영 유리 매트릭스는 매우 낮은 전송 손실, 신뢰할 수 있는 기계적 강도 및 우수한 안정성을 가진 가장 일반적인 파이버 매트릭스 재료입니다. 그러나 높은 포논 에너지(1150cm-1) 때문에 석영 파이버는 중적외선 레이저 전송에 사용할 수 없습니다. 중적외선 레이저의 낮은 전송 손실을 달성하기 위해서는 황화물 유리 매트릭스나 불화물 유리 매트릭스와 같이 포논 에너지가 낮은 다른 파이버 매트릭스 재료를 다시 선택해야 합니다. 황화물 파이버는 포논 에너지가 가장 낮지만(약 350cm-1), 도핑 농도를 높일 수 없다는 문제가 있어 중적외선 레이저 생성을 위한 이득 파이버로 사용하기에 적합하지 않습니다. 불화물 유리 기판은 황화물 유리 기판보다 포논 에너지(550cm-1)가 약간 높지만, 파장이 4μm 미만인 중적외선 레이저의 저손실 전송을 달성할 수 있습니다. 더 중요한 것은 불화물 유리 기판이 높은 희토류 이온 도핑 농도를 달성할 수 있어 중적외선 레이저 생성에 필요한 이득을 제공할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, Er3+용 불화물 ZBLAN 파이버 중 가장 발전된 것은 최대 10mol의 도핑 농도를 달성할 수 있었습니다. 따라서 불화물 유리 매트릭스는 중적외선 파이버 레이저에 가장 적합한 파이버 매트릭스 재료입니다.
최근 선전대학교의 Ruan Shuangchen 교수와 Guo Chunyu 교수 팀은 고출력 펨토초펄스 파이버 레이저2.8μm 모드 잠금 Er:ZBLAN 파이버 발진기, 단일 모드 Er:ZBLAN 파이버 프리앰프, 대형 모드 필드 Er:ZBLAN 파이버 주 증폭기로 구성됩니다.
본 연구팀의 편광 상태에 의해 제어되는 중적외선 초단 펄스의 자기 압축 및 증폭 이론과 수치 시뮬레이션을 기반으로, 대형 모드 광섬유의 비선형 억제 및 모드 제어 기법, 능동 냉각 기술, 그리고 양단 펌프의 증폭 구조를 결합하여, 본 시스템은 평균 출력 8.12W, 펄스 폭 148fs의 2.8μm 초단 펄스 출력을 달성했습니다. 본 연구팀이 달성한 최고 평균 출력의 국제 기록은 더욱 경신되었습니다.
그림 1 MOPA 구조 기반 Er:ZBLAN 파이버 레이저의 구조도
의 구조펨토초 레이저시스템은 그림 1에 나와 있습니다. 3.1m 길이의 단일 모드 이중 클래드 Er:ZBLAN 파이버는 도핑 농도가 7mol.%이고 코어 직경이 15μm(NA = 0.12)인 프리앰프의 이득 파이버로 사용되었습니다. 주 증폭기에서는 길이가 4m인 이중 클래드 대형 모드 필드 Er:ZBLAN 파이버가 도핑 농도가 6mol.%이고 코어 직경이 30μm(NA = 0.12)인 이득 파이버로 사용되었습니다. 더 큰 코어 직경은 이득 파이버의 비선형 계수를 낮추고 더 높은 피크 전력과 더 큰 펄스 에너지의 펄스 출력을 견딜 수 있게 합니다. 이득 파이버의 양쪽 끝은 AlF3 터미널 캡에 융합됩니다.
게시 시간: 2024년 2월 19일