Lejżers Femtosecond jiffunzjonaw bħala "scalpels ottiċi" preċiżi ħafna, li għandhom rwol insostitwibbli fil-magni ta 'preċiżjoni, kirurġija medika, skoperta spettrali, u riċerka xjentifika. Partikolarment fil-medda ta 'wavelength ta' 2 μm, dawn il-lejżers ikopru livelli multipli ta 'enerġija vibrazzjonali molekulari u jikkoinċidu ma' qċaċet ta 'assorbiment ta' diversi komposti amminiċi u tessuti bijoloġiċi. Konsegwentement, it-talbiet għall-applikazzjoni tagħhom huma speċjalment urġenti f'oqsma bħall-ipproċessar ta' materjal mhux-metalliku u l-inġinerija bijomedika.
Madankollu, l-amplifikazzjoni ta 'lejżers taż-żerriegħa femtosecond dgħajfa għal qawwa għolja hija eċċezzjonalment diffiċli. L-isfida ewlenija tinsab fl-interazzjonijiet mhux lineari intensi bejn l-intensità ottika estremament għolja tal-polz femtosecond u l-mezz ta 'amplifikazzjoni waqt l-amplifikazzjoni. Barra minn hekk, effetti termali severi b'rati ta 'ripetizzjoni għolja jistgħu jiddegradaw il-kwalità tar-raġġ, jikkawżaw distorsjoni tal-polz, u anke jagħmlu ħsara lill-komponenti ottiċi. Is-soluzzjonijiet eżistenti primarjament jimpjegaw teknoloġija ta 'amplifikazzjoni tal-polz chirped (CPA), li tinvolvi l-ewwel twessigħ temporali tal-polz (tnaqqis tal-ogħla qawwa), amplifikazzjoni tal-enerġija tal-lejżer għal ċertu livell, u mbagħad tikkompressaha lura. Madankollu, din is-sistema hija kumplessa, għalja, u goffa. Għalhekk, il-kapaċità li jiġu eliminati l-passi tat-twessigħ u tal-kompressjoni u tinkiseb "amplifikazzjoni diretta" ta 'polz femtosecond ta' 2 μm filwaqt li tinżamm struttura sempliċi, kompatta u kapaċità qawwija ta 'ġestjoni tal-qawwa saret hotspot ta' riċerka fil-qasam tat-teknoloġija tal-amplifikazzjoni.
Femtosecond Laser Amplifier Ibbażat fuq SCF "Diskreta".
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%) u kwalità tar-raġġ qrib-diffrazzjoni-limitata (M² < 1.2). L-istudju juri li t-tqassim diskret tal-SCF inaqqas b'mod sinifikanti l-bidla tal-fażi mhux lineari kumulattiva, effettivament trażżan l-effetti mhux lineari detrimentali u jiżgura evoluzzjoni spettrali u temporali stabbli waqt l-amplifikazzjoni. Dan l-approċċ sempliċi, kompatt u effiċjenti jippermetti l-amplifikazzjoni ta 'impulsi ultrashort ta' 2 μm f'rati ta 'ripetizzjoni minn MHz għal kHz, li jiftaħ toroq ġodda għall-kisba ta' qawwa medja / quċċata għolja u juri potenzjal immens għal applikazzjonijiet moderni ta 'fotonika mhux lineari.
L-istruttura ta 'din is-sistema ta' amplifikazzjoni Ho:YAG SCF, kif muri fil-Figura 1, tinkludi sors taż-żerriegħa tal-lejżer, stadju ta 'preamplifikatur, u stadju ta' amplifikatur (li jikkonsisti fi tliet serje -konnessi 0.5% Ho:YAG SCFs drogati). Is-sors taż-żerriegħa tal-lejżer jagħti qawwa medja ta '0.45 W f'2091 nm, b'wisa' ta 'polz temporali ta' 360 fs u rata ta 'ripetizzjoni ta' 75.45 MHz. Wara li tgħaddi mill-istadju tal-preamplifikatur u l-istadju tal-amplifikatur tal-qawwa tandem SCF, il-qawwa medja tiżdied għal 56.3 W, u l-polz temporali jwessa 'għal 778 fs. Il-karatteristiċi spettrali u l-evoluzzjoni temporali tal-polz tal-output finali mis-sistema ta 'amplifikazzjoni kollha huma murija fil-Figura 2.
Figura 1 Skematika tas-sistema ta 'amplifikazzjoni Ho:YAG SCF
Figura 2 Evoluzzjoni spettrali u temporali tas-sistema ta 'amplifikazzjoni Ho:YAG SCF
F'tekniki ta' amplifikazzjoni konvenzjonali, l-amplifikazzjoni diretta tal-impulsi tal-femtosekondi tbati minn distorsjoni tal-polz u degradazzjoni tar-raġġ minħabba l-effetti li jiffukaw lilhom infushom -ikkaġunati minn fażijiet qawwija mhux lineari. Din il-limitazzjoni tillimita l-amplifikaturi tal-massa/fibra biex joperaw biss fil-medda tal-polz tal-picosecond. Dan jeħtieġ sistemi ta 'amplifikazzjoni tal-polz chirped (CPA) ibbażati fuq tiġbid u kompressjoni tal-polz. Filwaqt li s-sistemi ta' amplifikazzjoni tal-polz chirped parametri ottiċi (OPCPA) jistgħu jiksbu enerġija tal-polz ta' livell milliwatt-b'rati ta' ripetizzjoni kHz, l-effetti termali jillimitaw it-titjib fil-qawwa u l-effiċjenza medja. Filwaqt li s-sistemi CPA bbażati fuq il-fibra-offerta vantaġġi distinti f'qawwa medja għolja u kwalità għolja tar-raġġ, l-enerġija tal-ħruġ/l-ogħla qawwa tagħhom hija ristretta minn effetti mhux lineari u ħsara ottika. Konsegwentement, it-teknoloġiji eżistenti jissieltu biex jottimizzaw simultanjament it-tliet metriċi ewlenin tal-prestazzjoni: qawwa, rata ta 'ripetizzjoni u wisa' tal-polz. Dan l-istudju jipproponi b'mod innovattiv konfigurazzjoni diskreta tas-serje Ho:YAG SCF. Billi tinterrompi b'mod segmentali l-mogħdija ta' akkumulazzjoni kontinwa ta' bidla fil-fażi mhux lineari, tnaqqas il-B-integral totali tas-sistema ta' amplifikazzjoni. Dan l-approċċ jibbilanċja t-tul tal-SCF mat-tul tal-iffokar waħdu, u b'hekk jimmitiga r-riskji tal-iffokar waħdu-. Billi tuża struttura diskreta ta' fibra tal-kristall-single, dan ix-xogħol jegħleb b'suċċess l-isfidi fit-tul-ta' soppressjoni tal-effett mhux lineari u titjib tal-effiċjenza f'amplifikazzjoni bil-lejżer femtosecond ta' 2 μm. Huwa jikseb skoperti sinifikanti fil-prestazzjoni tal-lejżer permezz ta 'skema ta' amplifikazzjoni effiċjenti ħafna u strutturalment simplifikata.
Dan ix-xogħol juri teknika ta' amplifikazzjoni diretta għal lasers femtosecond ta' 2 μm, li jipprovdi mogħdija teknika ġdida għall-iżvilupp ta' lejżers ultraveloċi ta' 2 μm kompatti, effiċjenti u ta'{1}}prestazzjoni għolja. Sforzi futuri se jintegraw tekniki ta' għażla tal-polz u ta' wara-kompressjoni biex isegwu enerġija tal-polz waħdieni-ogħla u wisgħat tal-polz iqsar.
