Ultrahurtige lasere med høj effekt bruges i vid udstrækning inden for avanceret fremstilling, information, mikroelektronik, biomedicin, nationalt forsvar og militære områder, og relateret videnskabelig forskning er afgørende for at fremme national videnskabelig og teknologisk innovation og udvikling af høj kvalitet. Tyndsektions lasersystemer er meget udbredt inden for avanceret fremstilling, information, mikroelektronik, biomedicin, forsvar og militære områder...
Ultrahurtige lasere med høj effekt er meget udbredt inden for avanceret fremstilling, information, mikroelektronik, biomedicinske, nationale forsvar og militære områder osv. Den relaterede videnskabelige forskning er afgørende for at fremme national videnskabelig og teknologisk innovation og udvikling af høj kvalitet. I kraft af dets høje gennemsnitseffekt, store pulsenergi og fremragende strålekvalitet har tyndfilmlasersystemet stor efterspørgsel inden for videnskabelige og industrielle områder som attosekundfysik og materialebehandling og har fået omfattende opmærksomhed fra lande over hele verden. Men på nuværende tidspunkt er der stadig mangler i nøgleteknologier såsom forberedelse af tyndfilmforstærkningsanordninger, kølesystemdesign og -pakning og flertaktspumpesystem, som alvorligt begrænser den videre udvikling af højeffekt ultrahurtige tyndfilmlasere i Kina.
Funded by the National Key Research and Development Program of China (No.2022YFB3605800), the team of Prof. Shuangchen Ruan and Associate Prof. Xing Liu from Shenzhen University of Technology (SZUT) has recently achieved a high-performance (high-stability, high-power, high-beam-quality, and high-efficiency) ultra-fast thin-film laser output by adopting self-developed thin-film module and regenerative amplification technology. By designing the regenerative amplification cavity and controlling the surface temperature and mechanical stability of the disk crystal inside the cavity, a laser output with a single pulse energy >300 μJ, pulsbredde<7 ps, and an average power >150 W blev realiseret med en maksimal optisk-til-optisk konverteringseffektivitet på 61 %, hvilket også er den højeste optisk-til-optiske konverteringseffektivitet rapporteret til dato ved regenerativ forstærkning af ultrahurtig tyndfilm og en strålekvalitetsfaktor af M2<1.06@150W, 8h stability RMS, and a beam quality factor of M2<1.06@150W. 150W, 8h stability RMS<0.33%, which marks an important progress in high-performance ultrafast thin-film lasers, which will provide more possibilities for high-power ultrafast laser applications.
Resultaterne blev offentliggjort i High Power Laser Science and Engineering, Vol. 2, nr. 2, 2024 (Sizhi Xu, Yubo Gao, Xing Liu, Yewang Chen, Deqin Ouyang, Junqing Zhao, Minqiu Liu, Xu Wu, Chunyu Guo, Cangtang Wu og Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Høj gentagelseshastighed og højeffekteffektiv picosekund tyndskive regenerativ forstærker[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Højfrekvent og højeffekt tyndskive regenerativt forstærkersystem
Fig. 1 Tynd-flake regenerativt amplifikationssystem
Strukturen af tyndflagelaserforstærkeren er vist i fig. 1. Den omfatter en fiberfrøkilde, et tyndfilmlaserhoved og et regenerativt forstærkningshulrum. Frøkilden er en ytterbium-doteret fiberoscillator med en gennemsnitlig effekt på 15 mW, en central bølgelængde på 1030 nm, en pulsbredde på 7,1 ps og en gentagelsesfrekvens på 30 MHz. Tyndfilmslaserhovedet bruger en hjemmelavet Yb: YAG-krystal med en diameter på 8,8 mm og en tykkelse på 150 µm og et 48-slagpumpesystem. Pumpekilden bruger en 969 nm bølgelængdelåst nul-phonon linje LD, som reducerer kvantefejlen til 5,8 %. En unik varmeafledningsstruktur afkøler effektivt den lamelformede krystal og sikrer stabiliteten af regenereringshulrummet. Det regenerative amplifikationskavitet består af Pockels Cell (PC), Thin Film Polarisator (TFP), Quarter-Wave Plates (QWP) og et meget stabilt resonanshulrum. En isolator (Isolator) bruges til at forhindre det forstærkede lys i at vende og beskadige frøkilden. Isolatorstrukturen bestående af TFP1, Rotator og Half-Wave Plader (HWP) bruges til at isolere input frø fra den forstærkede puls. Seed-impulsen kommer ind i det regenerative amplifikationskammer gennem TFP2. En barium bias borat (BBO) krystal, PC og QWP kombineres for at danne en optisk switch, og en periodisk højspænding påføres PC'en for selektivt at fange frøimpulsen for at forplante den frem og tilbage gennem hulrummet. Den ønskede puls oscilleres i hulrummet ved at finindstille Pukel-boksens spændingspåføringsperiode for effektiv forstærkning under rund-trip-udbredelse.
Fig. 2 Udgangsydelse for det regenerative forstærkersystem til tyndfilm
Ved 1 MHz har den regenerative forstærker en maksimal udgangseffekt på 154,1 W, en optisk-til-optisk konverteringseffektivitet på op til 61 %, en strålekvalitetsfaktor på MX2=1.05 og MY 2=1.06 ved den højeste effekt og en 8-timers strømstabilitet på RMS < 0,33 %.
