고출력 펨토초원자 램프테라헤르츠 발생, 아토초 펄스 발생 및 광 주파수 콤과 같은 과학 연구 및 산업 분야에서 매우 높은 응용 가치를 지니고 있습니다.모드 잠금 레이저기존의 블록 이득 매체를 기반으로 하는 방식은 고출력에서 열 렌즈 효과로 인해 한계가 있으며, 현재 최대 출력은 약 20W입니다.
박막 레이저는 다중 통과 펌프 구조를 사용하여 반사를 발생시킵니다.펌프 라이트고효율 펌프 흡수를 위해 두께 100미크론의 얇은 판형 이득 매질을 사용했습니다. 이 초박형 이득 매질은 후면 냉각 기술과 결합하여 열 렌즈 효과 및 비선형 효과의 영향을 크게 줄여 더 높은 출력의 펨토초 펄스를 생성할 수 있습니다.
웨이퍼 발진기와 커 렌즈 모드 잠금 기술의 결합은 펨토초 수준의 펄스 폭을 갖는 고평균 출력 레이저를 얻는 주요 수단입니다.
그림 1 (a) 72번 광학 구조도 및 (b) 펌프 모듈의 물리적 도면
중국과학원 연구팀은 자체 개발한 72채널 펌프 모듈을 기반으로 커 렌즈 모드록 시트 레이저를 설계 및 제작하여 중국에서 가장 높은 평균 출력과 단일 펄스 에너지를 갖는 커 렌즈 모드록 시트 레이저를 개발했습니다.
연구팀은 커 렌즈 모드 잠금 원리와 ABCD 행렬의 반복 계산을 기반으로 박막 커 렌즈 모드 잠금 레이저의 모드 잠금 이론을 최초로 분석하고, 모드 잠금 작동 및 연속 작동 중 공진기 내 모드 변화를 시뮬레이션하여, 모드 잠금 후 하드 다이어프램에서의 공동 모드 반경이 7% 이상 감소함을 확인했습니다.
이후, 연구팀은 설계 원리에 따라 자체 개발한 72채널 펌프 모듈(그림 1)을 기반으로 커 렌즈 모드 고정 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 공진기 내 모드 변화는 시뮬레이션 결과와 잘 일치한다.
그림 2. 실험에 사용된 커 렌즈 모드 고정 Yb:YAG 웨이퍼 레이저의 공진 공동 개략도
레이저 출력 향상을 위해 연구팀은 집속 거울의 곡률 반경을 증가시키고, 커 매질의 두께와 2차 분산을 미세 조정했습니다. 펌프 전력을 94W로 설정했을 때 평균 출력은 22.33W로 증가했고, 펄스 폭은 394fs, 단일 펄스 에너지는 0.28μJ였습니다.
출력 파워를 더욱 높이기 위해 연구팀은 초점이 맞춰진 오목 거울 쌍의 곡률 반경을 더욱 증가시키는 동시에 공진기를 저진공 밀폐 환경에 배치하여 공기 교란 및 공기 분산의 영향을 줄일 것입니다.
게시 시간: 2023년 8월 15일