अभूतपूर्व यश! जगातील सर्वाधिक शक्तीचा ३ मायक्रॉनचा मध्य-अवरक्त फेमटोसेकंद फायबर लेझर

अभूतपूर्व शोध! जगातील सर्वाधिक शक्तिशाली ३ मायक्रॉन मध्य-अवरक्त किरणेफेमटोसेकंद फायबर लेझर

फायबर लेझरमध्य-अवरक्त लेझर आउटपुट मिळवण्यासाठी, पहिली पायरी म्हणजे योग्य फायबर मॅट्रिक्स मटेरियल निवडणे. नियर-अवरक्त फायबर लेझर्समध्ये, क्वार्ट्झ ग्लास मॅट्रिक्स हे सर्वात सामान्य फायबर मॅट्रिक्स मटेरियल आहे, ज्यामध्ये ट्रान्समिशन लॉस खूप कमी असतो, यांत्रिक शक्ती विश्वसनीय असते आणि स्थिरता उत्कृष्ट असते. तथापि, उच्च फोनॉन ऊर्जेमुळे (११५० cm-1), क्वार्ट्झ फायबरचा वापर मध्य-अवरक्त लेझर ट्रान्समिशनसाठी केला जाऊ शकत नाही. मध्य-अवरक्त लेझरचे कमी लॉस असलेले ट्रान्समिशन साध्य करण्यासाठी, आपल्याला कमी फोनॉन ऊर्जा असलेल्या इतर फायबर मॅट्रिक्स मटेरियल्सची पुन्हा निवड करणे आवश्यक आहे, जसे की सल्फाइड ग्लास मॅट्रिक्स किंवा फ्लोराइड ग्लास मॅट्रिक्स. सल्फाइड फायबरमध्ये सर्वात कमी फोनॉन ऊर्जा (सुमारे ३५० cm-1) असते, परंतु त्यात डोपिंग कॉन्सन्ट्रेशन वाढवता येत नाही ही समस्या आहे, त्यामुळे मध्य-अवरक्त लेझर निर्माण करण्यासाठी गेन फायबर म्हणून त्याचा वापर योग्य नाही. सल्फाइड ग्लास सबस्ट्रेटच्या तुलनेत फ्लोराइड ग्लास सबस्ट्रेटची फोनॉन ऊर्जा (550 cm-1) किंचित जास्त असली तरी, ते 4 μm पेक्षा कमी तरंगलांबीच्या मध्य-अवरक्त लेझर्ससाठी कमी-नुकसानीचे प्रसारण देखील साध्य करू शकते. सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, फ्लोराइड ग्लास सबस्ट्रेटमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी आयनांची उच्च डोपिंग सांद्रता साध्य करता येते, जी मध्य-अवरक्त लेझर निर्मितीसाठी आवश्यक असलेला गेन प्रदान करू शकते. उदाहरणार्थ, Er3+ साठीच्या सर्वात प्रगत फ्लोराइड ZBLAN फायबरने 10 mol पर्यंतची डोपिंग सांद्रता साध्य केली आहे. त्यामुळे, फ्लोराइड ग्लास मॅट्रिक्स हे मध्य-अवरक्त फायबर लेझर्ससाठी सर्वात योग्य फायबर मॅट्रिक्स मटेरियल आहे.

अलीकडेच, शेन्झेन विद्यापीठातील प्राध्यापक रुआन शुआंगचेन आणि प्राध्यापक गुओ चुनयू यांच्या टीमने एक उच्च-शक्तीचा फेमटोसेकंद विकसित केला आहे.पल्स फायबर लेझर2.8μm मोड-लॉक्ड Er:ZBLAN फायबर ऑसिलेटर, सिंगल-मोड Er:ZBLAN फायबर प्रीअँप्लिफायर आणि लार्ज-मोड फील्ड Er:ZBLAN फायबर मेन अँप्लिफायर यांनी बनलेले आहे.
ध्रुवीकरण स्थितीद्वारे नियंत्रित मध्य-अवरक्त अति-लघु स्पंदांच्या स्व-संकोचन आणि प्रवर्धन सिद्धांतावर आणि आमच्या संशोधन गटाच्या संख्यात्मक अनुकरण कार्यावर आधारित, तसेच लार्ज-मोड ऑप्टिकल फायबरच्या अरेखीय दमन आणि मोड नियंत्रण पद्धती, सक्रिय शीतलन तंत्रज्ञान आणि डबल-एंडेड पंपच्या प्रवर्धन संरचनेच्या संयोगाने, ही प्रणाली ८.१२ वॅट सरासरी शक्ती आणि १४८ फेमटोसेकंद स्पंद रुंदीसह २.८ मायक्रॉन अति-लघु स्पंद आउटपुट मिळवते. या संशोधन गटाने मिळवलेल्या सर्वोच्च सरासरी शक्तीचा आंतरराष्ट्रीय विक्रम आणखी एकदा अद्ययावत करण्यात आला.

आकृती १ MOPA संरचनेवर आधारित Er:ZBLAN फायबर लेसरची संरचनात्मक आकृती
ची रचनाफेमटोसेकंद लेझरही प्रणाली आकृती १ मध्ये दर्शविली आहे. प्रीअँप्लिफायरमध्ये गेन फायबर म्हणून ३.१ मीटर लांबीचा सिंगल-मोड डबल-क्लॅड Er:ZBLAN फायबर वापरण्यात आला, ज्यामध्ये ७ मोल.% डोपिंग सांद्रता आणि १५ μm कोर व्यास (NA = ०.१२) आहे. मुख्य अँप्लिफायरमध्ये, गेन फायबर म्हणून ४ मीटर लांबीचा डबल-क्लॅड लार्ज मोड फील्ड Er:ZBLAN फायबर वापरण्यात आला, ज्यामध्ये ६ मोल.% डोपिंग सांद्रता आणि ३० μm कोर व्यास (NA = ०.१२) आहे. मोठ्या कोर व्यासामुळे गेन फायबरचा नॉन-लिनियर कोएफिशिएंट कमी होतो आणि तो उच्च पीक पॉवर व जास्त पल्स एनर्जीच्या पल्स आउटपुटला सहन करू शकतो. गेन फायबरची दोन्ही टोके AlF3 टर्मिनल कॅपला जोडलेली आहेत.