In de afgelopen decennia is alleen tijdelijke modi zijn overwogen voor mode-vergrendelde vezellasers die single-mode vezels gebruiken. Mode-locked single-mode fiberlasers bieden voordelen vanwege hun high-gain doping, intrinsiek single-ruimtelijke modus, en compacte opstellingen. Echter, in termen van vermogensniveaus, Mode-locked fiberlasers hebben last van hoge niet-lineariteit, die wordt geïntroduceerd door de kleine kerngrootte van de single-mode vezels. Onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Zwitserland (EPFL) heeft onlangs een nieuwe aanpak ontwikkeld voor het opwekken van energierijke, ultrakorte pulsen met single-mode straalkwaliteit:niet-lineaire straalreiniging in een multimode laserholte.

Ruimte-temporele modus-vergrendeling

De traditionele benadering om het probleem van het vermogensniveau op te lossen, is om eerst ultrakorte pulsen met een laag vermogen te genereren (zogenaamde laseroscillatoren), gevolgd door een cascade van versterkers om het vermogen te verhogen. Maar externe versterking verhoogt de kosten en de complexiteit.

Onlangs, multimode vezels, bijzonder gegradeerde index multimode vezels, hebben de aandacht getrokken vanwege hun lage modale spreiding en periodieke zelffocussering van het licht binnenin. Ruimtestraalreiniging, golflengte conversie, en spatiotemporele modusvergrendeling zijn aangetoond met multimode-vezels met een graduele index.

Spatiotemporele modusvergrendeling is een nieuwere benadering voor het genereren van ultrakorte pulsen. Het creëert een balans tussen ruimtelijke en temporele effecten binnen een multimode laserholte, die meerdere paden ondersteunt om licht te geleiden. De grote multimode kerndiameter van de vezel vermindert de niet-lineariteit van de holte en stelt het systeem in staat hoge pulsenergieën te bereiken zonder externe versterking. Echter, vanwege zijn multimode karakter, high power spatiotemporally mode-locked lasers hebben last van een lage kwaliteit uitgangsstraal.

Single-mode straalkwaliteit via niet-lineaire straalreiniging

EPFL-onderzoekers demonstreerden niet-lineaire straalreiniging in een multimode laserholte - een allereerste demonstratie - die het genereren van hoge energie, ultrakorte pulsen met single-mode straalkwaliteit. hun rapport, gepubliceerd in de peer-reviewed, open access tijdschrift Geavanceerde fotonica , laat zien dat geconstrueerde intracavitaire temporele pulseigenschappen een route mogelijk maken om een ​​hoogwaardige straal te genereren wanneer modusvergrendeling is bereikt.

Hun ontwerp maakt het mogelijk om sub-100 femtoseconde-pulsen te genereren met een hoge pulsenergie (> 20 nJ) en bundelkwaliteit van M2-waarde (minder dan 1,13 zonder externe versterking) in een compacte en goedkope vorm. Het team onderzocht de complexe holtedynamiek door modus-opgeloste simulaties en bevestigde niet-lineaire straalreiniging numeriek en experimenteel.

Hoofdauteur Ugur Tegin merkt op dat het werk van zijn team een ​​nieuwe manier biedt om tijdruimtelijke niet-lineaire dynamiek te benutten en te beheersen voor het genereren van ultrakorte pulsen. De resultaten van dit onderzoek laten zien dat een goede bundelkwaliteit, hoge pulsenergie, en een pulsduur van minder dan 100 fs van een fiberlaser kan worden geconstrueerd met in de handel verkrijgbare en standaardcomponenten. De gerapporteerde methode kan worden uitgebreid tot vezels met een grotere kerngrootte voor verdere vermogensschaling met behoud van de straalkwaliteit van sub-100 fs-pulsen.