Mae laserau femtosecond yn gweithredu fel “sgalpeli optegol” hynod fanwl gywir, gan chwarae rhan anadferadwy mewn peiriannu manwl gywir, llawfeddygaeth feddygol, canfod sbectrol, ac ymchwil wyddonol. Yn enwedig yn y band tonfedd 2 μm, mae'r laserau hyn yn cwmpasu lefelau egni dirgryniad moleciwlaidd lluosog ac yn gorgyffwrdd â chopaon amsugno amrywiol gyfansoddion amino a meinweoedd biolegol. O ganlyniad, mae eu gofynion cymhwyso yn arbennig o frys mewn meysydd fel prosesu deunydd anfetelaidd a pheirianneg fiofeddygol.
Fodd bynnag, mae'n eithriadol o anodd chwyddo laserau hadau femtosecond gwan i bŵer uchel. Yr her allweddol yw'r rhyngweithiadau aflinol dwys rhwng dwyster optegol hynod uchel y femtosecond curiad y galon a'r cyfrwng mwyhau yn ystod ymhelaethu. Yn ogystal, gall effeithiau thermol difrifol ar gyfraddau ailadrodd uchel ddiraddio ansawdd trawst, achosi ystumiad pwls, a hyd yn oed niweidio cydrannau optegol. Mae datrysiadau presennol yn bennaf yn defnyddio technoleg chwyddo curiad y galon (CPA) â chirped, sy'n golygu ehangu'r pwls dros dro yn gyntaf (lleihau pŵer brig), chwyddo'r egni laser i lefel benodol, ac yna ei gywasgu yn ôl. Fodd bynnag, mae'r system hon yn gymhleth, yn ddrud ac yn swmpus. Felly, mae'r gallu i ddileu'r camau ehangu a chywasgu a chyflawni "ymhelaethiad uniongyrchol" o 2 μm corbys femtosecond wrth gynnal strwythur syml, cryno a gallu cryf i drin pŵer wedi dod yn fan cychwyn ymchwil ym maes technoleg ymhelaethu.
Mwyhadur Laser Femtosecond Yn seiliedig ar SCF "Arwahanol".
Recently, researchers including Wang Jianlei and Zhao Yongguang from the State Key Laboratory of Crystal Materials at Shandong University proposed an innovative B-integral (nonlinear phase shift) management strategy. By employing a discrete single-crystal fiber (SCF) configuration in the power amplification stage, they successfully achieved direct amplification of 2 μm femtosecond pulses at high repetition rates. The system achieved femtosecond laser output with an average power exceeding 56 W at a 75.45 MHz repetition rate, demonstrating exceptionally high optical-to-optical extraction efficiency (>55%) ac yn agos at-difriant-ansawdd pelydr cyfyngedig (M² < 1.2). Mae'r astudiaeth yn dangos bod y cynllun SCF arwahanol yn lleihau'n sylweddol newid cam aflinol cronnus, gan atal effeithiau aflinol niweidiol yn effeithiol a sicrhau esblygiad sbectrol ac amser sefydlog yn ystod ymhelaethu. Mae'r dull syml, cryno ac effeithlon hwn yn galluogi ymhelaethu ar 2 μm corbys ultrashort ar gyfraddau ailadrodd MHz i kHz, gan agor llwybrau newydd ar gyfer cyflawni pŵer cyfartalog / brig uchel ac arddangos potensial aruthrol ar gyfer cymwysiadau ffotoneg aflinol modern.
Mae strwythur y system chwyddo SCF Ho:YAG hon, fel y dangosir yn Ffigur 1, yn cynnwys ffynhonnell hadau laser, cam rhag-fwyhadur, a cham mwyhadur (sy'n cynnwys tair cyfres-cysylltu 0.5% wedi'u dopio Ho:YAG SCFs). Mae'r ffynhonnell hadau laser yn darparu pŵer cyfartalog o 0.45 W ar 2091 nm, gyda lled pwls amser o 360 fs a chyfradd ailadrodd o 75.45 MHz. Ar ôl mynd trwy'r cam preamplifier a'r cam mwyhadur pŵer tandem SCF, mae'r pŵer cyfartalog yn cynyddu i 56.3 W, ac mae'r pwls amser yn ehangu i 778 fs. Dangosir nodweddion sbectrol ac esblygiad amser y pwls allbwn terfynol o'r system ymhelaethu gyfan yn Ffigur 2.
Ffigur 1 Sgematig o system chwyddo SCF Ho:YAG
Ffigur 2 Esblygiad sbectrol ac amserol system chwyddo SCF Ho:YAG
Mewn technegau mwyhau confensiynol, mae ymhelaethu'n uniongyrchol ar gorbys femtosecond yn dioddef o afluniad curiad y galon a diraddiad pelydryn oherwydd effeithiau hunan-ganolbwyntio a achosir gan sifftiau cyfnod aflinol cryf. Mae'r cyfyngiad hwn yn cyfyngu mwyhaduron swmp/ffibr i weithredu o fewn ystod curiad y galon picosecond yn unig. Mae hyn yn golygu bod angen systemau ymhelaethu curiad y galon (CPA) yn seiliedig ar ymestyn curiad y galon a chywasgu. Er y gall systemau chwyddo pwls â chirped parametrig optegol (OPCPA) gyflawni lefel ynni pwls miliwat ar gyfraddau ailadrodd kHz, mae effeithiau thermol yn cyfyngu ar welliannau mewn pŵer ac effeithlonrwydd cyfartalog. Er bod systemau CPA sy'n seiliedig ar ffibr yn cynnig manteision amlwg o ran pŵer cyfartalog uchel ac ansawdd trawst uchel, mae eu hegni allbwn/pŵer brig wedi'i gyfyngu gan effeithiau aflinol a difrod optegol. O ganlyniad, mae technolegau presennol yn ei chael hi'n anodd gwneud y gorau o'r tri metrig perfformiad allweddol ar yr un pryd: pŵer, cyfradd ailadrodd, a lled pwls. Mae'r astudiaeth hon yn cynnig ffurfweddiad cyfres SCF Ho:YAG arwahanol yn arloesol. Trwy dorri ar draws llwybr cronni parhaus shifft cam aflinol yn segmentol, mae'n lleihau cyfanswm B-integran y system chwyddo. Mae'r dull hwn yn cydbwyso hyd SCF gyda hunan-hyd ffocws, a thrwy hynny liniaru risgiau sy'n canolbwyntio ar yr hunan. Trwy ddefnyddio strwythur ffibr crisial sengl arwahanol, mae'r gwaith hwn yn llwyddo i oresgyn yr heriau hirsefydlog o atal effaith aflinol a gwella effeithlonrwydd mewn mwyhad laser 2 μm femtosecond. Mae'n cyflawni datblygiadau sylweddol mewn perfformiad laser trwy gynllun mwyhau hynod effeithlon, wedi'i symleiddio'n strwythurol.
Mae'r gwaith hwn yn dangos techneg mwyhau uniongyrchol ar gyfer laserau femtosecond 2 μm, gan ddarparu llwybr technegol newydd ar gyfer datblygu laserau gwibgyswllt cryno, effeithlon a pherfformiad uchel 2 µm. Bydd ymdrechion yn y dyfodol yn integreiddio dewis pwls a thechnegau cywasgu post i fynd ar drywydd egni pwls sengl uwch a lled pwls byrrach.
