Wetenschap
Ontgrendelen van zichtbare femtoseconde vezeloscillatoren:een vooruitgang in de laserwetenschap
De opkomst van ultrasnelle laserpulsgeneratie, die een belangrijke mijlpaal in de laserwetenschap markeert, heeft ongelooflijke vooruitgang teweeggebracht in een breed scala aan disciplines, waaronder industriële toepassingen, energietechnologieën, biowetenschappen en daarbuiten. Van de verschillende laserplatforms die zijn ontwikkeld, zijn fiber femtoseconde-oscillatoren, gewaardeerd om hun compacte ontwerp, uitstekende prestaties en kosteneffectiviteit, een van de reguliere technologieën geworden voor het genereren van femtoseconde-pulsen.
Hun operationele golflengten zijn echter voornamelijk beperkt tot het infrarode gebied, variërend van 0,9-3,5 μm, wat op zijn beurt hun toepasbaarheid heeft beperkt in talrijke toepassingen waarvoor lichtbronnen met zichtbare golflengten (390-780 nm) nodig zijn. Het uitbreiden van compacte femtoseconde vezeloscillatoren naar nieuwe zichtbare golflengten is lange tijd een uitdagend maar vurig nagestreefd doel geweest in de laserwetenschap.
Momenteel maakt het merendeel van de lasers met zichtbare vezels gebruik van met zeldzame aardmetalen gedoteerde fluoridevezels, zoals Pr 3+ , als het effectieve versterkingsmedium. In de loop der jaren zijn er opmerkelijke vorderingen gemaakt bij de ontwikkeling van in golflengte afstembare, krachtige, Q-geschakelde en mode-locked zichtbare vezellasers.
Ondanks de aanzienlijke vooruitgang in het nabij-infrarode gebied blijft het bereiken van femtoseconde mode-locking in zichtbare fiberlasers echter een uitzonderlijk uitdagende taak. Deze uitdaging wordt toegeschreven aan de onderontwikkeling van ultrasnelle optische componenten bij zichtbare golflengten, de beperkte beschikbaarheid van hoogwaardige zichtbare modulatoren en de extreem normale dispersie die men tegenkomt in laserholtes met zichtbare vezels.
Recente aandacht heeft zich geconcentreerd op femtoseconde modus-vergrendelde vezeloscillatoren in nabij-infrarood met behulp van een fasevoorgespannen niet-lineaire versterkende lusspiegel (PB-NALM). PB-NALM elimineert de noodzaak voor lange intracavitaire vezels om faseverschuivingen te accumuleren.
Deze innovatie vergemakkelijkt niet alleen de afstemmingsflexibiliteit en een lange levensduur, maar biedt ook de mogelijkheid om de intracavitaire dispersie in een grotere parameterruimte te beheren, van normale tot afwijkende dispersieregimes. Bijgevolg wordt verwacht dat dit een doorbraak zal katalyseren in de directe femtoseconde modusvergrendeling van laser met zichtbare vezels en femtoseconde oscillatoren van vezels in de zichtbare band zal voortstuwen.
Onderzoekers van het Fujian Key Laboratory of Ultrafast Laser Technology and Applications aan de Universiteit van Xiamen hebben onlangs een femtoseconde vezeloscillator en -versterker met zichtbaar lichtmodus ontwikkeld, zoals gerapporteerd in Advanced Photonics Nexus .
De fiber femtoseconde-oscillator, die rood licht uitzendt bij 635 nm, maakt gebruik van een holteconfiguratie in de vorm van een negen. Er wordt een dubbel beklede Pr 3+ toegepast -gedoteerde fluoridevezel als het zichtbare versterkingsmedium, bevat een PB-NALM met zichtbare golflengte voor mode-locking, en maakt gebruik van een paar op maat gemaakte diffractieroosters met hoge efficiëntie en hoge groefdichtheid voor dispersiebeheer. Een zichtbare zelfstartende modusvergrendeling, tot stand gebracht door de PB-NALM, levert rechtstreeks rode laserpulsen op met een pulsduur van 199 fs en een herhalingssnelheid van 53,957 MHz van de oscillator.
Nauwkeurige controle van de roosterpaarafstand kan de pulstoestand omschakelen van een dissipatieve of uitgerekte puls-soliton naar een conventionele soliton. Bovendien verhoogt een naast de oscillator gebouwd chirped-pulsversterkingssysteem de laserprestaties enorm, wat resulteert in een gemiddeld uitgangsvermogen van meer dan 1 W, een pulsenergie van 19,55 nJ en een dechirped-pulsduur van 230 fs.
Prof. Zhengqian Luo, hoofd van de afdeling Electronic Engineering van de Universiteit van Xiamen, zegt:"Ons resultaat vertegenwoordigt een concrete stap in de richting van krachtige femtoseconde fiberlasers die het zichtbare spectrale gebied bestrijken en belangrijke toepassingen kunnen hebben in industriële verwerking, biogeneeskunde en wetenschappelijk onderzoek. ."
De auteurs verwachten dat hun nieuwe plan voor hoogwaardige femtoseconde vezellasergeneratie met zichtbaar licht de basis zal leggen voor femtoseconde vezellasers met zichtbaar licht voor toepassingen zoals precisieverwerking van speciaal materiaal, biogeneeskunde, onderwaterdetectie en optische atoomklokken.