Høyeffekts ultraraske lasere er mye brukt i avansert produksjon, informasjon, mikroelektronikk, biomedisin, nasjonalt forsvar og militære felt, og relatert vitenskapelig forskning er avgjørende for å fremme nasjonal vitenskapelig og teknologisk innovasjon og utvikling av høy kvalitet. Tynnseksjonslasersystemer er mye brukt innen avansert produksjon, informasjon, mikroelektronikk, biomedisin, forsvar og militære områder...
Høyeffekts ultraraske lasere er mye brukt innen avansert produksjon, informasjon, mikroelektronikk, biomedisinsk, nasjonalt forsvar og militære felt, etc. Den relaterte vitenskapelige forskningen er avgjørende for å fremme nasjonal vitenskapelig og teknologisk innovasjon og utvikling av høy kvalitet. I kraft av sin høye gjennomsnittlige effekt, store pulsenergi og utmerkede strålekvalitet har tynnfilmlasersystemet stor etterspørsel innen vitenskapelige og industrielle felt som attosekundfysikk og materialbehandling, og har fått omfattende oppmerksomhet fra land over hele verden. For øyeblikket er det imidlertid fortsatt mangler i nøkkelteknologier som klargjøring av tynnfilmforsterkning, design og pakking av kjølesystem, og flertaktspumpesystem, noe som alvorlig begrenser videreutviklingen av høyeffekts ultraraske tynnfilmlasere i Kina.
Funded by the National Key Research and Development Program of China (No.2022YFB3605800), the team of Prof. Shuangchen Ruan and Associate Prof. Xing Liu from Shenzhen University of Technology (SZUT) has recently achieved a high-performance (high-stability, high-power, high-beam-quality, and high-efficiency) ultra-fast thin-film laser output by adopting self-developed thin-film module and regenerative amplification technology. By designing the regenerative amplification cavity and controlling the surface temperature and mechanical stability of the disk crystal inside the cavity, a laser output with a single pulse energy >300 μJ, pulsbredde<7 ps, and an average power >150 W ble realisert, med en maksimal optisk-til-optisk konverteringseffektivitet på 61 %, som også er den høyeste optisk-til-optiske konverteringseffektiviteten rapportert til dags dato ved regenerativ forsterkning av ultrarask tynnfilm, og en strålekvalitetsfaktor av M2<1.06@150W, 8h stability RMS, and a beam quality factor of M2<1.06@150W. 150W, 8h stability RMS<0.33%, which marks an important progress in high-performance ultrafast thin-film lasers, which will provide more possibilities for high-power ultrafast laser applications.
Resultatene ble publisert i High Power Laser Science and Engineering, Vol. 2, nr. 2, 2024 (Sizhi Xu, Yubo Gao, Xing Liu, Yewang Chen, Deqin Ouyang, Junqing Zhao, Minqiu Liu, Xu Wu, Chunyu Guo, Cangtang Wu og Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Høy repetisjonshastighet og høyeffekteffektiv picosekunders tynnskive regenerativ forsterker[J ]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Høy, tung frekvens og høy effekt, tynnskive regenerativt forsterkersystem
Fig. 1 Thin-flake regenerativt amplifikasjonssystem
Strukturen til den tynne flaklaserforsterkeren er vist i fig. 1. Den inkluderer en fiberfrøkilde, et tynnfilmlaserhode og et regenerativt forsterkerhulrom. Frøkilden er en ytterbium-dopet fiberoscillator med en gjennomsnittlig effekt på 15 mW, en sentral bølgelengde på 1030 nm, en pulsbredde på 7,1 ps og en repetisjonsfrekvens på 30 MHz. Tynnfilmlaserhodet bruker en hjemmelaget Yb: YAG-krystall med en diameter på 8,8 mm og en tykkelse på 150 µm og et 48-slagpumpesystem. Pumpekilden bruker en 969 nm bølgelengdelåst null-fononlinje LD, som reduserer kvantedefekten til 5,8 %. En unik varmeavledningsstruktur avkjøler effektivt den lamellformede krystallen og sikrer stabiliteten til regenereringshulen. Det regenerative forsterkningshulrommet består av Pockels Cell (PC), Thin Film Polarisators (TFP), Quarter-Wave Plates (QWP) og et svært stabilt resonanshulrom. En isolator (Isolator) brukes for å forhindre at det forsterkede lyset reverserer og skader frøkilden. Isolatorstrukturen som består av TFP1, Rotator og Half-Wave Plates (HWP) brukes til å isolere inngangsfrøet fra den forsterkede pulsen. Frøpulsen går inn i det regenerative forsterkningskammeret gjennom TFP2. En barium bias borat (BBO) krystall, PC og QWP kombineres for å danne en optisk bryter, og en periodisk høyspenning påføres PCen for selektivt å fange opp frøpulsen for å forplante den frem og tilbake gjennom hulrommet. Den ønskede pulsen oscilleres i hulrommet ved å finjustere Pukel-boksens spenningstilførselsperiode for effektiv forsterkning under forplantning rundt tur.
Fig. 2 Utgangsytelse for det regenerative forsterkersystemet for tynnfilm
Ved 1 MHz har den regenerative forsterkeren en maksimal utgangseffekt på 154,1 W, en optisk-til-optisk konverteringseffektivitet på opptil 61 %, en strålekvalitetsfaktor på MX2=1.05 og MY 2=1.06 ved høyeste effekt, og en 8-times strømstabilitet på RMS < 0,33 %.
