Ultraszybkie lasery dużej mocy są szeroko stosowane w zaawansowanej produkcji, informacji, mikroelektronice, biomedycynie, obronie narodowej i wojsku, a powiązane badania naukowe są kluczowe dla promowania krajowej innowacji naukowej i technologicznej oraz wysokiej jakości rozwoju. Systemy laserowe o cienkich sekcjach są szeroko stosowane w zaawansowanej produkcji, informacji, mikroelektronice, biomedycynie, obronie i wojsku...
Ultraszybkie lasery dużej mocy są szeroko stosowane w zaawansowanej produkcji, informacji, mikroelektronice, biomedycynie, obronie narodowej i wojsku itp. Powiązane badania naukowe są kluczowe dla promowania krajowej innowacji naukowej i technologicznej oraz wysokiej jakości rozwoju. Ze względu na wysoką średnią moc, dużą energię impulsu i doskonałą jakość wiązki, cienkowarstwowy system laserowy ma duże zapotrzebowanie w dziedzinach naukowych i przemysłowych, takich jak fizyka attosekundowa i obróbka materiałów, i zyskał szerokie zainteresowanie krajów na całym świecie. Jednak obecnie nadal istnieją niedociągnięcia w kluczowych technologiach, takich jak przygotowanie cienkowarstwowych urządzeń wzmacniających, projektowanie i pakowanie układów chłodzenia oraz wielotaktowy system pompowania, które poważnie ograniczają dalszy rozwój cienkowarstwowych laserów dużej mocy w Chinach.
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, szerokość impulsu<7 ps, and an average power >Osiągnięto moc 150 W, przy maksymalnej sprawności konwersji optycznej na optyczną wynoszącej 61%, co stanowi również najwyższą sprawność konwersji optycznej na optyczną odnotowaną do tej pory w przypadku regeneracyjnego wzmocnienia ultraszybkiej cienkiej warstwy, przy współczynniku jakości wiązki wynoszącym 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.
Wyniki opublikowano w czasopiśmie 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 i Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Pikosekundowy wzmacniacz regeneracyjny o wysokiej częstotliwości powtórzeń i dużej mocy [J ]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Wysokoczęstotliwościowy i wysokomocowy system wzmacniacza regeneracyjnego z cienkim dyskiem
Rys. 1. System regeneracyjnego wzmocnienia cienkopłatkowego
Struktura wzmacniacza lasera cienkopłatkowego jest pokazana na rys. 1. Obejmuje ona źródło włókna, głowicę lasera cienkowarstwowego i regeneracyjną komorę wzmacniającą. Źródłem włókna jest domieszkowany iterbem oscylator światłowodowy o średniej mocy 15 mW, centralnej długości fali 1030 nm, szerokości impulsu 7,1 ps i częstotliwości powtarzania 30 MHz. Głowica lasera cienkowarstwowego wykorzystuje domowej roboty kryształ Yb:YAG o średnicy 8,8 mm i grubości 150 µm oraz system pompowania skokowego 48-. Źródło pompujące wykorzystuje linię zerofononową LD o zablokowanej długości fali 969 nm, co zmniejsza defekt kwantowy do 5,8%. Unikalna struktura rozpraszania ciepła skutecznie chłodzi kryształ lamelarny i zapewnia stabilność komory regeneracyjnej. Komora regeneracyjnego wzmocnienia składa się z ogniwa Pockelsa (PC), polaryzatorów cienkowarstwowych (TFP), płytek ćwierćfalowych (QWP) i wysoce stabilnej komory rezonansowej. Izolator (Isolator) jest używany, aby zapobiec odwróceniu się wzmocnionego światła i uszkodzeniu źródła zarodka. Struktura izolatora składająca się z TFP1, rotatora i płytek półfalowych (HWP) jest używana do izolowania zarodka wejściowego od wzmocnionego impulsu. Impuls zarodkowy wchodzi do komory regeneracyjnego wzmocnienia przez TFP2. Kryształ boranu polaryzacji baru (BBO), PC i QWP łączą się, aby utworzyć przełącznik optyczny, a okresowe wysokie napięcie jest przykładane do PC, aby selektywnie przechwycić impuls zarodkowy i rozprzestrzenić go tam i z powrotem przez komorę. Pożądany impuls jest oscylowany we wnęce poprzez dokładne dostrojenie okresu przyłożenia napięcia w skrzynce Pukela w celu efektywnego wzmocnienia podczas propagacji w obie strony.
Rys. 2 Wydajność wyjściowa układu wzmacniacza regeneracyjnego dla cienkowarstwowych
Przy częstotliwości 1 MHz wzmacniacz regeneracyjny ma maksymalną moc wyjściową 154,1 W, sprawność konwersji optycznej na optyczną do 61%, współczynnik jakości wiązki MX2=1.05 i MY2=1.06 przy najwyższej mocy oraz 8-godzinną stabilność mocy RMS < 0,33%.
