고출력 펨토초원자 램프테라헤르츠 생성, 아토초 펄스 생성, 광 주파수 빗과 같은 과학 연구 및 산업 분야에서 큰 응용 가치가 있습니다.모드 잠금 레이저기존의 블록이득 매체를 기반으로 한 광전 변환은 고출력에서 열 렌즈 효과에 의해 제한을 받으며, 현재 최대 출력 전력은 약 20W입니다.
박판 레이저는 다중 패스 펌프 구조를 사용하여 반사합니다.펌프 라이트고효율 펌프 흡수를 위해 100마이크론 두께의 시트 이득 매질을 사용합니다. 매우 얇은 이득 매질과 백쿨링 기술을 결합하면 열 렌즈 효과와 비선형 효과의 영향을 크게 줄이고 더 높은 전력의 펨토초 펄스 출력을 얻을 수 있습니다.
Kerr 렌즈 모드 잠금 기술과 결합된 웨이퍼 발진기는 펨토초 단위의 펄스 폭을 갖는 높은 평균 전력 레이저 출력을 얻는 주요 수단입니다.
도 1 (a) 72 광학 구조도 및 (b) 펌프 모듈의 물리적 구성도
중국과학원 연구진은 자체 개발한 72방향 펌프 모듈을 기반으로 케르 렌즈 모드 잠금 시트 레이저를 설계 및 제작했으며, 중국에서 가장 높은 평균 출력과 단일 펄스 에너지를 가진 케르 렌즈 모드 잠금 시트 레이저를 개발했습니다.
연구팀은 케르 렌즈 모드 잠금 원리와 ABCD 행렬의 반복 계산을 바탕으로 박판 케르 렌즈 모드 잠금 레이저의 모드 잠금 이론을 먼저 분석하고, 모드 잠금 동작과 연속 동작 시 공진기 내의 모드 변화를 시뮬레이션하여 모드 잠금 후 하드 조리개에서 공동 모드 반경이 7% 이상 감소하는 것을 확인했습니다.
이후, 연구팀은 설계 원리를 바탕으로 자체 개발한 72웨이 펌프 모듈(그림 1)을 기반으로 커 렌즈 모드 잠금 공진기(그림 2)를 설계 및 제작하여, 72W 펌핑 시간에서 평균 출력 11.78W, 펄스 폭 245fs, 단일 펄스 에너지 0.14μJ의 펄스 레이저 출력을 얻었다. 출력 펄스 폭과 공동 내 모드 변화는 시뮬레이션 결과와 잘 일치한다.
그림 2 실험에 사용된 Kerr 렌즈 모드 잠금 Yb:YAG 웨이퍼 레이저의 공진 공동의 개략도
레이저 출력 전력을 향상시키기 위해 연구팀은 집속 거울의 곡률 반경을 증가시키고, 커 매질 두께와 2차 분산을 미세 조정했습니다. 펌프 전력을 94W로 설정했을 때, 평균 출력 전력은 22.33W로 증가했고, 펄스 폭은 394fs, 단일 펄스 에너지는 0.28μJ였습니다.
출력 전력을 더욱 높이기 위해 연구팀은 초점이 맞춰진 오목 거울 쌍의 곡률 반경을 더욱 늘리는 동시에 공진기를 저진공 폐쇄 환경에 두어 공기 교란과 공기 분산의 영향을 줄일 것입니다.
게시 시간: 2023년 8월 15일