Visokozmogljivi ultrahitri laserji se pogosto uporabljajo v napredni proizvodnji, informacijah, mikroelektroniki, biomedicini, nacionalni obrambi in vojaških področjih, s tem povezane znanstvene raziskave pa so ključnega pomena za spodbujanje nacionalnih znanstvenih in tehnoloških inovacij ter visokokakovostnega razvoja. Laserski sistemi s tankimi preseki se pogosto uporabljajo v napredni proizvodnji, informacijski industriji, mikroelektroniki, biomedicini, obrambi in vojski ...
Visokozmogljivi ultrahitri laserji se pogosto uporabljajo v napredni proizvodnji, informacijah, mikroelektroniki, biomedicini, nacionalni obrambi in vojaških področjih itd. S tem povezane znanstvene raziskave so ključnega pomena za spodbujanje nacionalnih znanstvenih in tehnoloških inovacij ter visokokakovostnega razvoja. Zaradi svoje visoke povprečne moči, velike impulzne energije in odlične kakovosti žarka ima tankoplastni laserski sistem veliko povpraševanje na znanstvenih in industrijskih področjih, kot sta atosekundna fizika in obdelava materialov, in je prejel veliko pozornosti držav po vsem svetu. Vendar trenutno še vedno obstajajo pomanjkljivosti v ključnih tehnologijah, kot so priprava naprav za pridobivanje tankega filma, zasnova in embalaža hladilnega sistema ter večtaktni črpalni sistem, ki resno omejujejo nadaljnji razvoj zmogljivih ultrahitrih tankoplastnih laserjev v Kitajska.
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, impulzna širina<7 ps, and an average power >Doseženih je bilo 150 W, z največjo učinkovitostjo pretvorbe optičnih v optične 61 %, kar je tudi najvišja učinkovitost pretvorbe optičnih v optične do danes, poročana z regenerativnim ojačanjem ultra hitrega tankega filma in faktorjem kakovosti žarka od 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.
Rezultati so bili objavljeni v High Power Laser Science and Engineering, Vol. 2, št. 2, 2024 (Sizhi Xu, Yubo Gao, Xing Liu, Yewang Chen, Deqin Ouyang, Junqing Zhao, Minqiu Liu, Xu Wu, Chunyu Guo, Cangtang Wu in Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Pikosekundni regenerativni ojačevalnik s tankim diskom z visoko stopnjo ponavljanja in visoko močjo[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Visokofrekvenčni regenerativni ojačevalni sistem s tankim diskom visoke moči
Slika 1 Sistem regenerativnega ojačanja s tankimi kosmiči
Struktura laserskega ojačevalnika s tankimi kosmiči je prikazana na sliki 1. Vključuje izvor vlaken, lasersko glavo s tankim filmom in regenerativno ojačevalno votlino. Začetni vir je z iterbijem dopiran vlaken oscilator s povprečno močjo 15 mW, osrednjo valovno dolžino 1030 nm, širino impulza 7,1 ps in frekvenco ponavljanja 30 MHz. Tankoslojna laserska glava uporablja domači kristal Yb: YAG s premerom 8,8 mm in debelino 150 µm ter 48-sistem črpanja udarcev. Vir črpalke uporablja brezfononsko linijo 969 nm z zaklenjeno valovno dolžino, ki zmanjša kvantni defekt na 5,8 %. Edinstvena struktura za odvajanje toplote učinkovito hladi lamelarni kristal in zagotavlja stabilnost regeneracijske votline. Regenerativno ojačevalno votlino sestavljajo Pockelsova celica (PC), tankoslojni polarizatorji (TFP), četrtvalovne plošče (QWP) in zelo stabilna resonančna votlina. Izolator (Izolator) se uporablja za preprečevanje obrnjene ojačene svetlobe in poškodovanja izvora semena. Struktura izolatorja, sestavljena iz TFP1, rotatorja in polvalovnih plošč (HWP), se uporablja za izolacijo vhodnega semena od ojačanega impulza. Impulz semena vstopi v komoro za regenerativno ojačanje skozi TFP2. Kristal barijevega borata (BBO), PC in QWP se združijo, da tvorijo optično stikalo, na PC pa se dovaja občasna visoka napetost, da se selektivno zajame impulz semena, da se širi naprej in nazaj skozi votlino. Želeni impulz niha v votlini s fino nastavitvijo obdobja uporabe napetosti škatle Pukel za učinkovito ojačanje med kroženjem.
Slika 2 Izhodna zmogljivost sistema regenerativnega ojačevalnika za tanko plast
Pri 1 MHz ima regenerativni ojačevalnik največjo izhodno moč 154,1 W, učinkovitost pretvorbe optika v optiko do 61 %, faktor kakovosti žarka MX2=1.05 in MY 2=1.06 pri najvišji moči in 8-urna stabilnost moči RMS < 0,33 %.
