画期的！世界最高出力3μm中赤外フェムト秒ファイバーレーザー

画期的！世界最高出力3μm中赤外フェムト秒ファイバーレーザー

ファイバーレーザー中赤外レーザー出力を達成するには、最初のステップは適切なファイバーマトリックス材料を選択することです。近赤外ファイバーレーザーでは、石英ガラスマトリックスが最も一般的なファイバーマトリックス材料であり、伝送損失が非常に低く、信頼性の高い機械的強度と優れた安定性を備えています。ただし、フォノンエネルギー (1150 cm-1) が高いため、石英ファイバーは中赤外レーザーの伝送には使用できません。中赤外レーザーの低損失伝送を実現するには、硫化物ガラスマトリックスやフッ化物ガラスマトリックスなど、フォノンエネルギーの低い他のファイバーマトリックス材料を再選択する必要があります。硫化物ファイバーはフォノンエネルギーが最も低い（約350cm-1）ものの、ドーピング濃度を高くできないという問題があり、中赤外レーザーを発生する利得ファイバーとしては適していません。フッ化物ガラス基板は、硫化物ガラス基板よりもわずかに高いフォノンエネルギー (550 cm-1) を持っていますが、波長 4 μm 未満の中赤外レーザーの低損失透過も実現できます。さらに重要なのは、フッ化物ガラス基板は高い希土類イオンドーピング濃度を達成でき、これにより中赤外レーザーの生成に必要な利得を実現できます。たとえば、Er3+ 用の最も成熟したフッ化物 ZBLAN ファイバーは、ドーピング濃度を達成できます。 10モルまで。したがって、フッ化物ガラスマトリックスは中赤外ファイバーレーザーに最適なファイバーマトリックス材料です。

最近、深セン大学のRuan Shuangchen教授とGuo Chunyu教授のチームは、高出力フェムト秒を開発しました。パルスファイバーレーザー2.8μmモードロックEr:ZBLANファイバ発振器、シングルモードEr:ZBLANファイバプリアンプ、ラージモードフィールドEr:ZBLANファイバメインアンプで構成されています。
偏光状態によって制御される中赤外超短パルスの自己圧縮と増幅の理論と私たちの研究グループの数値シミュレーション研究に基づいて、ラージモード光ファイバーの非線形抑制とモード制御手法、アクティブ冷却技術と増幅を組み合わせました。ダブルエンドポンプ構造により、平均パワー8.12W、パルス幅148fsの2.8μm超短パルス出力が得られます。この研究グループが達成した最高平均パワーの国際記録はさらに更新されました。

図1 MOPA構造に基づくEr:ZBLANファイバーレーザーの構造図
の構造フェムト秒レーザーこのシステムを図 1 に示します。長さ 3.1 m のシングルモード ダブル クラッド Er:ZBLAN ファイバが、ドーピング濃度 7 mol.%、コア直径 15 μm (NA = 0.12）。メインアンプでは、長さ 4 m のダブルクラッドラージモードフィールド Er:ZBLAN ファイバを利得ファイバとして使用し、ドーピング濃度 6 mol.%、コア径 30 μm (NA = 0.12) を使用しました。コア直径が大きいため、ゲイン ファイバの非線形係数は低くなり、より高いピーク パワーとより大きなパルス エネルギーのパルス出力に耐えることができます。ゲインファイバーの両端はAlF3端子キャップに融着されています。