En milepæl i ultrakort-pulslaseroscillatorer

Med demonstrationen af ​​en sub-picosekund tyndskive laseroscillator, der leverer en rekordhøj 350 watt gennemsnitlig udgangseffekt, fysikere ved ETH Zürich satte et nyt benchmark og bane vejen mod endnu mere kraftfulde lasere.

Ultrahurtige laserkilder er kernen i en stadigt voksende vifte af grundlæggende videnskabelige undersøgelser og industrielle applikationer, fra fysiske eksperimenter med højt felt med attosekund-tidsopløsning til mikrometer-præcisionsbearbejdning af materialer. For at skubbe konvolutten endnu længere, gentagelseshastigheder på flere megahertz og gennemsnitlige udgangseffekter på hundredvis af watt er påkrævet. En særlig overbevisende rute til at realisere sådanne højeffekt laserpulser er at generere dem direkte ved at skalere effektudgangen fra laseroscillatorer frem for at stole på flertrinsforstærkersystemer, som tilføjer en høj grad af kompleksitet; strømskalering fører til robuste og potentielt omkostningseffektive enheder. Rapporterer for nylig i Optik Express , gruppen af ​​Ursula Keller ved Institute of Quantum Electronics har nu taget power-skaleringstilgangen til et nyt niveau. De præsenterer en kilde, der kombinerer enkelhed og høje gentagelseshastigheder for oscillatorer med rekordhøj gennemsnitlig udgangseffekt fra denne type laser.

ETH-teamet arbejdede med en såkaldt tynddisklaseroscillator, hvor gevinstmediet, det materiale, hvor kvanteprocesserne, der fører til lasering, finder sted, er formet som en skive på omkring 100 mikrometer tynd. Denne geometri giver et relativt stort overfladeareal, hvilket igen hjælper med at afkøle. Stadig, termiske effekter forblev en stor flaskehals, og siden 2012, rekordudgangseffekten stod på 275 watt.

Nu, kombinerer flere fremskridt inden for tynddisk-laserteknologi udviklet af Keller-gruppen, Ph.d. studerende Francesco Saltarelli, seniorforsker Christopher Phillips og kolleger har opnået en gennemsnitlig udgangseffekt på 350 watt, med pulser, der kun er 940 femtosekunder lange, bære en energi på 39 mikrojoules og gentage med en hastighed på 8,88 megahertz-værdier, der er af umiddelbar interesse for applikationer både inden for videnskab og industri.

Et centralt aspekt af arbejdet er, at forskerne fandt en måde at muliggøre flere passager af pumpestrålen gennem forstærkningsmediet uden at påføre skadelige termiske effekter, og så for at reducere belastningen på de relevante komponenter. Evnen til at kontrollere effekter på grund af opvarmning åbnede porten for at gå stærkt ud over 275-W-niveauet og for at sætte det nye benchmark. Den nu udviklede fremgangsmåde kan dog tages endnu længere, og udgangseffekter ud over 500 watt virker realistiske. Med yderligere forbedringer, vurderer ETH -forskerne, kilowatt -niveauet kan komme til syne.