Laserele ultrarapide de mare putere sunt utilizate pe scară largă în producția avansată, informații, microelectronică, biomedicină, apărare națională și domenii militare, iar cercetarea științifică aferentă este crucială pentru promovarea inovației științifice și tehnologice naționale și a dezvoltării de înaltă calitate. Sistemele laser cu secțiune subțire sunt utilizate pe scară largă în producția avansată, informații, microelectronică, biomedicală, apărare și domenii militare...
Laserele ultrarapide de mare putere sunt utilizate pe scară largă în producția avansată, informații, microelectronică, biomedicală, apărare națională și domenii militare etc. Cercetarea științifică aferentă este crucială pentru promovarea inovației științifice și tehnologice naționale și a dezvoltării de înaltă calitate. Datorită puterii sale medii ridicate, energiei impulsurilor mari și calității excelente a fasciculului, sistemul laser cu peliculă subțire are o mare cerere în domenii științifice și industriale, cum ar fi fizica atosecundei și procesarea materialelor, și a primit o atenție extinsă din partea țărilor din întreaga lume. Cu toate acestea, în prezent, există încă deficiențe în tehnologiile cheie, cum ar fi pregătirea dispozitivului de câștig cu peliculă subțire, proiectarea și ambalarea sistemului de răcire și sistemul de pompare cu curse multiple, care limitează serios dezvoltarea în continuare a laserelor cu peliculă subțire ultrarapide de mare putere în 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, lățimea impulsului<7 ps, and an average power >S-au realizat 150 W, cu o eficiență maximă de conversie optic-optică de 61%, care este, de asemenea, cea mai mare eficiență de conversie optică-optică raportată până în prezent prin amplificarea regenerativă a filmului subțire ultra-rapid și un factor de calitate a fasciculului. 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.
Rezultatele au fost publicate în 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 și Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Amplificator regenerativ cu disc subțire în picosecunde cu rată mare de repetare și putere mare [J ]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Sistem de amplificare regenerativă cu disc subțire de înaltă frecvență și putere mare
Fig. 1 Sistem de amplificare regenerativă în fulgi subțiri
Structura amplificatorului laser cu fulgi subțiri este prezentată în Fig. 1. Acesta include o sursă de semințe de fibre, un cap laser cu film subțire și o cavitate de amplificare regenerativă. Sursa de semințe este un oscilator cu fibră dopată cu itterbiu, cu o putere medie de 15 mW, o lungime de undă centrală de 1030 nm, o lățime a impulsului de 7,1 ps și o frecvență de repetiție de 30 MHz. Capul laser cu peliculă subțire folosește un cristal Yb: YAG de casă cu un diametru de 8,8 mm și o grosime de 150 µm și un sistem de pompare 48-cu cursă. Sursa pompei folosește o linie LD cu zero fonon blocat cu lungimea de undă de 969 nm, ceea ce reduce defectul cuantic la 5,8%. O structură unică de disipare a căldurii răcește eficient cristalul lamelar și asigură stabilitatea cavității de regenerare. Cavitatea de amplificare regenerativă constă din celule Pockels (PC), polarizatoare cu peliculă subțire (TFP), plăci cu un sfert de undă (QWP) și o cavitate rezonantă foarte stabilă. Un izolator (Izolator) este utilizat pentru a preveni inversarea luminii amplificate și deteriorarea sursei de semințe. Structura izolatorului constând din TFP1, Rotator și Half-Wave Plates (HWP) este utilizată pentru a izola semința de intrare de pulsul amplificat. Pulsul de semințe intră în camera de amplificare regenerativă prin TFP2. Un cristal de borat de bariu (BBO), PC și QWP se combină pentru a forma un comutator optic și o tensiune înaltă periodică este aplicată PC-ului pentru a capta selectiv impulsul de semințe pentru a-l propaga înainte și înapoi prin cavitate. Pulsul dorit este oscilat în cavitate prin reglarea fină a perioadei de aplicare a tensiunii cutiei Pukel pentru o amplificare eficientă în timpul propagării dus-întors.
Fig. 2 Performanța de ieșire a sistemului de amplificare regenerativă pentru peliculă subțire
La 1 MHz, amplificatorul regenerativ are o putere de ieșire maximă de 154,1 W, o eficiență de conversie optică-optică de până la 61%, un factor de calitate a fasciculului de MX2=1.05 și MY 2=1,06 la cea mai mare putere și o stabilitate a puterii de 8-oră RMS < 0,33%.
