モードロックシートレーザー、高出力超高速レーザー

高出力フェムト秒レーザテラヘルツ発生、アト秒パルス発生、光周波数コムなど科学研究や産業分野で大きな応用価値があります。Modロックレーザー従来のブロックゲインメディアに基づく光出力は、高出力時の熱レンズ効果によって制限され、現在の最大出力は約 20 W です。

薄板レーザーはマルチパスポンプ構造を使用して反射します。ポンプライト高効率のポンプ吸収を実現する厚さ 100 ミクロンのシートゲイン媒体に塗布します。非常に薄い利得媒体と逆冷却技術を組み合わせることで、熱レンズ効果と非線形効果の影響を大幅に低減し、より高出力のフェムト秒パルス出力を実現できます。
カーレンズモードロック技術と組み合わせたウェーハ発振器は、フェムト秒オーダーのパルス幅で高平均パワーのレーザー出力を得る主な手段です。

イチジク。1 (a) 72 の光学構造図および (b) ポンプモジュールの物理図

中国科学院の研究者チームは、自社開発の72ウェイポンプモジュールに基づいてカーレンズモードロックシートレーザーを設計・構築し、最高の平均出力と単一出力を備えたカーレンズモードロックシートレーザーを開発した。中国のパルスエネルギー。
カーレンズモード同期の原理とABCD行列の反復計算に基づいて、研究チームはまず薄板カーレンズモード同期レーザのモード同期理論を分析し、モード同期動作中の共振器内のモード変化をシミュレーションした。連続動作を行ったところ、ハードダイヤフラムにおけるキャビティモード半径がモードロック後に7%以上減少することが確認されました。

その後、研究チームは、設計原理に基づいて、チームが独自に開発した72ウェイポンプモジュール（図1）に基づいてカーレンズモードロック共振器（図2）を設計および構築し、パルスレーザーを取得しました。出力は平均電力11.78W、パルス幅245fs、単一パルスエネルギー0.14μJ（ポンピング時間72W）です。出力パルスの幅とキャビティ内モードの変化は、シミュレーション結果とよく一致しています。

イチジク。2 実験に使用したカーレンズモードロックYb:YAGウエハレーザーの共振器の模式図

レーザーの出力を向上させるために、研究チームは集光ミラーの曲率半径を大きくし、カー媒質の厚さと二次分散を微調整しました。ポンプ電力を 94 W に設定すると、平均出力電力は 22.33 W に増加し、パルス幅は 394 fs、単一パルスのエネルギーは 0.28 μJ でした。

出力をさらに高めるために、研究チームは、共振器を低真空の密閉環境に置き、空気擾乱と空気分散の影響を低減しながら、集束凹面鏡ペアの曲率半径をさらに大きくする予定です。