Lasers ultrarrápidos de alta potência são amplamente utilizados em manufatura avançada, informação, microeletrônica, biomedicina, defesa nacional e campos militares, e a pesquisa científica relacionada é crucial para promover inovação científica e tecnológica nacional e desenvolvimento de alta qualidade. Sistemas de laser de seção fina são amplamente utilizados em manufatura avançada, informação, microeletrônica, biomédica, defesa e campos militares...
Lasers ultrarrápidos de alta potência são amplamente utilizados em manufatura avançada, informação, microeletrônica, biomédica, defesa nacional e campos militares, etc. A pesquisa científica relacionada é crucial para promover a inovação científica e tecnológica nacional e o desenvolvimento de alta qualidade. Em virtude de sua alta potência média, grande energia de pulso e excelente qualidade de feixe, o sistema de laser de filme fino tem uma grande demanda em campos científicos e industriais, como física de attosegundo e processamento de materiais, e recebeu ampla atenção de países em todo o mundo. No entanto, no momento, ainda há deficiências em tecnologias-chave, como preparação de dispositivo de ganho de filme fino, design e embalagem de sistema de resfriamento e sistema de bombeamento multi-curso, que limitam seriamente o desenvolvimento posterior de lasers de filme fino ultrarrápidos de alta potência na China.
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, largura de pulso<7 ps, and an average power >Foram realizados 150 W, com uma eficiência máxima de conversão óptica para óptica de 61%, que também é a maior eficiência de conversão óptica para óptica relatada até o momento pela amplificação regenerativa de filme fino ultrarrápido e um fator de qualidade do feixe de 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.
Os resultados foram publicados em High Power Laser Science and Engineering, Vol. 2, No. 2, 2024 (Sizhi Xu, Yubo Gao, Xing Liu, Yewang Chen, Deqin Ouyang, Junqing Zhao, Minqiu Liu, Xu Wu, Chunyu Guo, Cangtang Wu e Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Amplificador regenerativo de disco fino de picosegundos de alta taxa de repetição e alta eficiência energética [J ]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Sistema de amplificador regenerativo de disco fino de alta frequência e alta potência
Fig. 1 Sistema de amplificação regenerativa de flocos finos
A estrutura do amplificador de laser de flocos finos é mostrada na Fig. 1. Ele inclui uma fonte de semente de fibra, uma cabeça de laser de filme fino e uma cavidade de amplificação regenerativa. A fonte de semente é um oscilador de fibra dopado com itérbio com uma potência média de 15 mW, um comprimento de onda central de 1030 nm, uma largura de pulso de 7,1 ps e uma frequência de repetição de 30 MHz. A cabeça de laser de filme fino usa um cristal Yb: YAG caseiro com um diâmetro de 8,8 mm e uma espessura de 150 µm e um sistema de bombeamento de curso 48-. A fonte de bombeamento usa uma linha de fônon zero bloqueada por comprimento de onda de 969 nm LD, que reduz o defeito quântico para 5,8%. Uma estrutura única de dissipação de calor resfria efetivamente o cristal lamelar e garante a estabilidade da cavidade de regeneração. A cavidade de amplificação regenerativa consiste em Pockels Cell (PC), Thin Film Polarizers (TFP), Quarter-Wave Plates (QWP) e uma cavidade ressonante altamente estável. Um isolador (Isolator) é usado para evitar que a luz amplificada reverta e danifique a fonte de semente. A estrutura do Isolador consistindo de TFP1, Rotator e Half-Wave Plates (HWP) é usada para isolar a semente de entrada do pulso amplificado. O pulso de semente entra na câmara de amplificação regenerativa através do TFP2. Um cristal de borato de polarização de bário (BBO), PC e QWP se combinam para formar um interruptor óptico, e uma alta voltagem periódica é aplicada ao PC para capturar seletivamente o pulso de semente para propagá-lo para frente e para trás através da cavidade. O pulso desejado é oscilado na cavidade pelo ajuste fino do período de aplicação de tensão da caixa Pukel para amplificação efetiva durante a propagação de ida e volta.
Fig. 2 Desempenho de saída do sistema amplificador regenerativo para filme fino
A 1 MHz, o amplificador regenerativo tem uma potência máxima de saída de 154,1 W, uma eficiência de conversão óptica para óptica de até 61%, um fator de qualidade do feixe de MX2=1.05 e MY2=1.06 na potência mais alta e uma estabilidade de potência de 8-hora de RMS < 0,33%.
