Högeffekts ultrasnabba lasrar används i stor utsträckning inom avancerad tillverkning, information, mikroelektronik, biomedicin, nationellt försvar och militära områden, och relaterad vetenskaplig forskning är avgörande för att främja nationell vetenskaplig och teknisk innovation och högkvalitativ utveckling. Tunna lasersystem används i stor utsträckning inom avancerad tillverkning, information, mikroelektronik, biomedicin, försvar och militära områden...
Högeffekts ultrasnabba lasrar används i stor utsträckning inom avancerad tillverkning, information, mikroelektronik, biomedicin, nationellt försvar och militära områden, etc. Den relaterade vetenskapliga forskningen är avgörande för att främja nationell vetenskaplig och teknisk innovation och högkvalitativ utveckling. På grund av sin höga medeleffekt, stora pulsenergi och utmärkta strålkvalitet, har tunnfilmslasersystem en stor efterfrågan inom vetenskapliga och industriella områden som attosecond-fysik och materialbearbetning, och har fått stor uppmärksamhet från länder över hela världen. Men för närvarande finns det fortfarande brister i nyckelteknologier såsom förberedelse av tunnfilmsförstärkningsanordningar, kylsystemdesign och förpackning och flertaktspumpsystem, vilket allvarligt begränsar den fortsatta utvecklingen av högeffekts ultrasnabba tunnfilmslasrar i Kina.
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, pulsbredd<7 ps, and an average power >150 W realiserades, med en maximal optisk-till-optisk konverteringseffektivitet på 61 %, vilket också är den högsta optisk-till-optiska konverteringseffektiviteten som rapporterats hittills genom regenerativ förstärkning av ultrasnabb tunnfilm och en strålkvalitetsfaktor av 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.
Resultaten publicerades i 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 och Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Hög upprepningshastighet och högeffektseffektiv pikosekund regenerativ förstärkare för tunn skiva[J ]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Hög tung frekvens och hög effekt tunn-disk regenerativt förstärkarsystem
Fig. 1 Tunn-flake regenerativt amplifieringssystem
Strukturen hos den tunnflagiga laserförstärkaren visas i fig. 1. Den inkluderar en fiberfrökälla, ett tunnfilmslaserhuvud och en regenerativ förstärkningskavitet. Frökällan är en ytterbiumdopad fiberoscillator med en medeleffekt på 15 mW, en central våglängd på 1030 nm, en pulsbredd på 7,1 ps och en repetitionsfrekvens på 30 MHz. Tunnfilmslaserhuvudet använder en hemmagjord Yb: YAG-kristall med en diameter på 8,8 mm och en tjocklek på 150 µm och ett 48-slagpumpsystem. Pumpkällan använder en 969 nm våglängdslåst nollfononlinje LD, vilket reducerar kvantdefekten till 5,8 %. En unik värmeavledningsstruktur kyler effektivt den lamellära kristallen och säkerställer stabiliteten i regenereringskaviteten. Den regenerativa amplifieringskaviteten består av Pockels Cell (PC), Thin Film Polarisators (TFP), Quarter-Wave Plates (QWP) och en mycket stabil resonanshålighet. En isolator (Isolator) används för att förhindra att det förstärkta ljuset vänder och skadar frökällan. Isolatorstrukturen som består av TFP1, Rotator och Half-Wave Plates (HWP) används för att isolera ingångsfröet från den förstärkta pulsen. Fröpulsen kommer in i den regenerativa förstärkningskammaren genom TFP2. En bariumbias borat (BBO) kristall, PC och QWP kombineras för att bilda en optisk switch, och en periodisk högspänning appliceras på PC:n för att selektivt fånga fröpulsen för att fortplanta den fram och tillbaka genom kaviteten. Den önskade pulsen oscilleras i kaviteten genom finjustering av Pukel-boxens spänningstillämpningsperiod för effektiv förstärkning under utbredning tur och retur.
Fig. 2 Uteffekt för det regenerativa förstärkarsystemet för tunnfilm
Vid 1 MHz har den regenerativa förstärkaren en maximal uteffekt på 154,1 W, en optisk-till-optisk konverteringseffektivitet på upp till 61 %, en strålkvalitetsfaktor på MX2=1.05 och MY 2=1.06 vid den högsta effekten och en 8-timmars strömstabilitet på RMS < 0,33 %.
