모드 잠금 시트 레이저, 고에너지 초고속 레이저 출력

고전력 펨토초원자 램프테라헤르츠 발생, 아토초 펄스 발생, 광주파수 빗 등 과학 연구 및 산업 분야에서 활용 가치가 크다.모드 잠금 레이저전통적인 블록 이득 매체를 기반으로 하는 매체는 고전력에서 열 렌즈 효과에 의해 제한되며 현재 최대 출력 전력은 약 20W입니다.

박판 레이저는 다중 패스 펌프 구조를 사용하여펌프 라이트고효율 펌프 흡수를 위해 100 마이크론 두께의 시트 게인 매체에 적용됩니다. 역냉각 기술과 결합된 극히 얇은 이득 매체는 열 렌즈 효과 및 비선형 효과의 영향을 크게 줄이고 더 높은 전력의 펨토초 펄스 출력을 달성할 수 있습니다.
Kerr 렌즈 모드 잠금 기술과 결합된 웨이퍼 발진기는 펨토초 수준의 펄스 폭으로 높은 평균 전력 레이저 출력을 얻는 주요 수단입니다.

무화과. 1 (a) 72 광학 구조 다이어그램 및 (b) 펌프 모듈의 물리적 다이어그램

중국과학원 연구진은 자체 개발한 72방향 펌프 모듈을 기반으로 커(Kerr) 렌즈 모드 잠금 시트 레이저를 설계 및 제작했으며, 평균 출력이 가장 높고 단일 출력이 가장 높은 커 렌즈 모드 잠금 시트 레이저를 개발했습니다. 중국의 펄스 에너지.
커 렌즈 모드 잠금 원리와 ABCD 행렬의 반복 계산을 기반으로 연구팀은 먼저 박판 커 렌즈 모드 잠금 레이저의 모드 잠금 이론을 분석하고 모드 잠금 작동 중 공진기의 모드 변화를 시뮬레이션했습니다. 모드 잠금 후 하드 다이어프램의 캐비티 모드 반경이 7% 이상 감소하는 것을 확인했습니다.

이후 연구팀은 설계 원리에 따라 자체 개발한 72방향 펌프 모듈(그림 1)을 기반으로 커 렌즈 모드 고정 공진기(그림 2)를 설계 및 제작하고 펄스 레이저를 획득했다. 72W 펌핑 시간에서 평균 전력 11.78W, 펄스 폭 245fs, 단일 펄스 에너지 0.14μJ로 출력됩니다. 출력 펄스의 폭과 공동 내 모드의 변화는 시뮬레이션 결과와 잘 일치합니다.

무화과. 2 실험에 사용된 Kerr 렌즈 모드 고정 Yb:YAG 웨이퍼 레이저의 공진 공동 모식도

연구팀은 레이저 출력을 높이기 위해 집속거울의 곡률반경을 늘리고 커 중간 두께와 2차 분산을 미세 조정했다. 펌프 전력을 94W로 설정한 경우 평균 출력 전력은 22.33W로 증가했으며 펄스 폭은 394fs, 단일 펄스 에너지는 0.28μJ였습니다.

출력 전력을 더욱 높이기 위해 연구팀은 집속 오목 거울 쌍의 곡률 반경을 더욱 늘리는 동시에 공진기를 저진공 폐쇄 환경에 배치하여 공기 교란 및 공기 분산의 영향을 줄일 예정입니다.