High-power ultrafast lasers worden veel gebruikt in geavanceerde productie, informatie, micro-elektronica, biomedische technologie, nationale defensie en militaire velden, en gerelateerd wetenschappelijk onderzoek is cruciaal voor het bevorderen van nationale wetenschappelijke en technologische innovatie en hoogwaardige ontwikkeling. Dunne-sectie lasersystemen worden veel gebruikt in geavanceerde productie, informatie, micro-elektronica, biomedische technologie, defensie en militaire velden...
Krachtige ultrasnelle lasers worden veel gebruikt in geavanceerde productie, informatie, micro-elektronica, biomedische, nationale defensie en militaire gebieden, enz. Het gerelateerde wetenschappelijke onderzoek is cruciaal om nationale wetenschappelijke en technologische innovatie en hoogwaardige ontwikkeling te bevorderen. Vanwege het hoge gemiddelde vermogen, de grote pulsenergie en de uitstekende straalkwaliteit, is er een grote vraag naar dunnefilmlasersystemen in wetenschappelijke en industriële gebieden zoals attosecondefysica en materiaalverwerking, en heeft het uitgebreide aandacht gekregen van landen over de hele wereld. Momenteel zijn er echter nog steeds tekortkomingen in belangrijke technologieën zoals de voorbereiding van dunnefilmversterkingsapparaten, het ontwerp en de verpakking van koelsystemen en het multi-slagpompsysteem, die de verdere ontwikkeling van krachtige ultrasnelle dunnefilmlasers in China ernstig beperken.
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, pulsbreedte<7 ps, and an average power >Er werd 150 W gerealiseerd, met een maximale optische-naar-optische conversie-efficiëntie van 61%, wat ook de hoogste optische-naar-optische conversie-efficiëntie is die tot nu toe is gerapporteerd door regeneratieve versterking van ultrasnelle dunne film, en een bundelkwaliteitsfactor van 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.
De resultaten werden gepubliceerd in 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 en Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Picoseconde dunne-schijf regeneratieve versterker met hoge herhalingsfrequentie en hoog vermogensrendement [J ]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Regeneratief versterkersysteem met dunne schijf en hoge hoge frequenties en hoog vermogen
Figuur 1. Regeneratief versterkingssysteem met dunne vlokken
De structuur van de dunne-vloklaserversterker wordt getoond in Fig. 1. Het omvat een fiber seed-bron, een dunne-filmlaserkop en een regeneratieve versterkingsholte. De seed-bron is een ytterbium-gedoteerde fiberoscillator met een gemiddeld vermogen van 15 mW, een centrale golflengte van 1030 nm, een pulsbreedte van 7,1 ps en een herhalingsfrequentie van 30 MHz. De dunne-filmlaserkop gebruikt een zelfgemaakt Yb: YAG-kristal met een diameter van 8,8 mm en een dikte van 150 µm en een 48-slagpompsysteem. De pompbron gebruikt een 969 nm golflengte-vergrendelde zero-phonon-lijn LD, die het kwantumdefect reduceert tot 5,8%. Een unieke warmteafvoerstructuur koelt het lamellaire kristal effectief en zorgt voor de stabiliteit van de regeneratieholte. De regeneratieve versterkingsholte bestaat uit Pockels Cell (PC), Thin Film Polarizers (TFP), Quarter-Wave Plates (QWP) en een zeer stabiele resonantieholte. Een isolator (Isolator) wordt gebruikt om te voorkomen dat het versterkte licht omkeert en de seedbron beschadigt. De Isolator-structuur bestaande uit TFP1, Rotator en Half-Wave Plates (HWP) wordt gebruikt om de invoerseed te isoleren van de versterkte puls. De seedpuls komt de regeneratieve versterkingskamer binnen via TFP2. Een barium bias borate (BBO) kristal, PC en QWP combineren om een optische schakelaar te vormen, en een periodieke hoge spanning wordt toegepast op de PC om de seedpuls selectief vast te leggen om deze heen en weer door de holte te propageren. De gewenste puls wordt in de holte geoscilleerd door de Pukel box-spanningstoepassingsperiode fijn af te stellen voor effectieve versterking tijdens round-trip propagatie.
Figuur 2 Uitvoerprestaties van het regeneratieve versterkersysteem voor dunnefilm
Bij 1 MHz heeft de regeneratieve versterker een maximaal uitgangsvermogen van 154,1 W, een optisch-naar-optisch conversie-efficiëntie van maximaal 61%, een bundelkwaliteitsfactor van MX2=1.05 en MY2=1.06 bij het hoogste vermogen en een 8-uur vermogensstabiliteit van RMS < 0,33%.
