Oplåsning af synlige femtosekund fiberoscillatorer:Et fremskridt inden for laservidenskab

Fremkomsten af ​​ultrahurtig laserpulsgenerering, der markerer en væsentlig milepæl inden for laservidenskab, har udløst utrolige fremskridt på tværs af en bred vifte af discipliner, der omfatter industrielle applikationer, energiteknologier, biovidenskab og mere. Blandt de forskellige laserplatforme, der er blevet udviklet, er fiber-femtosekundoscillatorer, der er værdsat for deres kompakte design, enestående ydeevne og omkostningseffektivitet, blevet en af ​​de almindelige teknologier til femtosekunds-pulsgenerering.

Imidlertid er deres driftsbølgelængder overvejende begrænset til det infrarøde område, der spænder fra 0,9-3,5 μm, hvilket igen har begrænset deres anvendelighed i adskillige applikationer, der kræver lyskilder ved synlige bølgelængder (390-780 nm). At udvide kompakte femtosekund-fiberoscillatorer til nye synlige bølgelængder har længe været et udfordrende, men inderligt forfulgt mål inden for laservidenskab.

I øjeblikket bruger størstedelen af ​​synlige fiberlasere sjældne jordarters dopede fluoridfibre, såsom Pr ³⁺ , som det effektive forstærkningsmedium. I årenes løb er der sket bemærkelsesværdige fremskridt i udviklingen af ​​bølgelængdejusterbare, højeffekts Q-switched og mode-locked synlige fiberlasere.

Men på trods af de betydelige fremskridt i det nær-infrarøde område, er det stadig en usædvanlig udfordrende opgave at opnå femtosekund-tilstandslåsning i synlige fiberlasere. Denne udfordring tilskrives underudviklingen af ​​ultrahurtige optiske komponenter ved synlige bølgelængder, begrænset tilgængelighed af højtydende synlige modulatorer og den ekstremt normale spredning i synlige fiberlaserhulrum.

Den seneste opmærksomhed har fokuseret på femtosekund-mode-låste fiberoscillatorer i nær-infrarød ved hjælp af et fase-forspændt ikke-lineært forstærkende loop-spejl (PB-NALM). PB-NALM eliminerer behovet for lange intrakavitetsfibre for at akkumulere faseskift.

Denne innovation letter ikke kun indstillingsfleksibilitet og drift med lang levetid, men giver også mulighed for at styre intrakavitetsspredningen i et større parameterrum fra normale til unormale spredningsregimer. Som følge heraf forventes det at katalysere et gennembrud i direkte femtosekund-mode-låsning af synlig fiberlaser og drive fiber-femtosekundoscillatorer ind i det synlige bånd.

Forskere fra Fujian Key Laboratory of Ultrafast Laser Technology and Applications ved Xiamen University har for nylig udviklet en visible light mode-locked femtosecond fiber oscillator og forstærker, som rapporteret i Advanced Photonics Nexus .

Fiber-femtosekundoscillatoren, som udsender rødt lys ved 635 nm, anvender en hulrumskonfiguration i figur ni. Den anvender en dobbeltbeklædt Pr ³⁺ -doteret fluoridfiber som det synlige forstærkningsmedium, inkorporerer en synlig bølgelængde PB-NALM til moduslåsning og anvender et par tilpassede højeffektive og højrilledeæthedsdiffraktionsgitre til dispersionsstyring. En synlig selvstartende tilstandslåsning etableret af PB-NALM giver direkte røde laserimpulser med en pulsvarighed på 199 fs og en gentagelseshastighed på 53,957 MHz fra oscillatoren.

Præcis kontrol af gitterparafstanden kan skifte pulstilstanden fra en dissipativ eller strakt puls soliton til en konventionel soliton. Derudover øger et chirped-impuls-forstærkningssystem bygget sammen med oscillatoren laserens ydeevne enormt, hvilket resulterer i en gennemsnitlig udgangseffekt på over 1 W, en pulsenergi på 19,55 nJ og en dechirped pulsvarighed på 230 fs.

Prof. Zhengqian Luo, leder af afdelingen for elektronisk ingeniørarbejde ved Xiamen University, siger:"Vores resultat repræsenterer et konkret skridt mod højeffekt femtosekund fiberlasere, der dækker det synlige spektrale område og kan have vigtige anvendelser inden for industriel behandling, biomedicin og videnskabelig forskning ."

Forfatterne forudser, at deres nye ordning for højtydende femtosekundfiberlasergenerering med synligt lys vil lægge grundlaget for femtosekundfiberlasere med synligt lys til at tjene i applikationer som speciel materialepræcisionsbehandling, biomedicin, undervandsdetektion og optiske atomure.

Flere oplysninger: Jinhai Zou et al., 635 nm femtosekund fiberlaseroscillator og forstærker, Advanced Photonics Nexus (2024). DOI:10.1117/1.APN.3.2.026004

Leveret af SPIE