Ultrabrzi laseri velike snage naširoko se koriste u naprednoj proizvodnji, informacijama, mikroelektronici, biomedicini, nacionalnoj obrani i vojnim poljima, a povezano znanstveno istraživanje ključno je za promicanje nacionalnih znanstvenih i tehnoloških inovacija i visokokvalitetnog razvoja. Laserski sustavi tankog presjeka naširoko se koriste u naprednoj proizvodnji, informatici, mikroelektronici, biomedicini, obrani i vojnim poljima...
Ultrabrzi laseri velike snage naširoko se koriste u naprednoj proizvodnji, informacijama, mikroelektronici, biomedicini, nacionalnoj obrani i vojnim poljima itd. Povezano znanstveno istraživanje ključno je za promicanje nacionalnih znanstvenih i tehnoloških inovacija i visokokvalitetnog razvoja. Zahvaljujući svojoj visokoj prosječnoj snazi, velikoj pulsnoj energiji i izvrsnoj kvaliteti snopa, tankoslojni laserski sustav ima veliku potražnju u znanstvenim i industrijskim poljima kao što su attosekundna fizika i obrada materijala, te je privukao veliku pažnju zemalja diljem svijeta. Međutim, trenutačno još uvijek postoje nedostaci u ključnim tehnologijama kao što su priprema uređaja za pojačanje tankog filma, dizajn i pakiranje rashladnog sustava i sustav pumpanja s više takta, koji ozbiljno ograničavaju daljnji razvoj ultrabrzih tankoslojnih lasera velike snage u 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, širina impulsa<7 ps, and an average power >Ostvareno je 150 W, s maksimalnom učinkovitošću optičko-optičke pretvorbe od 61%, što je ujedno i najveća učinkovitost optičko-optičke pretvorbe do danas prijavljena regenerativnim pojačanjem ultra-brzog tankog filma i faktorom kvalitete snopa 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 su objavljeni u High Power Laser Science and Engineering, Vol. 2, br. 2, 2024. (Sizhi Xu, Yubo Gao, Xing Liu, Yewang Chen, Deqin Ouyang, Junqing Zhao, Minqiu Liu, Xu Wu, Chunyu Guo, Cangtang Wu i Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Pikosekundno regenerativno pojačalo na tanki disk s visokom stopom ponavljanja i visokom snagom[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Sustav regenerativnog pojačala s tankim diskom visoke frekvencije i velike snage
Slika 1 Sustav regenerativnog pojačanja s tankim pahuljicama
Struktura laserskog pojačivača s tankim ljuskicama prikazana je na slici 1. Uključuje izvor vlakana, lasersku glavu s tankim filmom i regenerativnu šupljinu za pojačanje. Začetni izvor je vlaknasti oscilator dopiran iterbijem s prosječnom snagom od 15 mW, središnjom valnom duljinom od 1030 nm, širinom pulsa od 7,1 ps i frekvencijom ponavljanja od 30 MHz. Glava lasera s tankim filmom koristi Yb: YAG kristal domaće izrade promjera 8,8 mm i debljine 150 µm i 48-sustav pumpanja udara. Izvor pumpe koristi 969 nm valne duljine zaključane nultofononske linije LD, koja smanjuje kvantni defekt na 5,8%. Jedinstvena struktura rasipanja topline učinkovito hladi lamelarni kristal i osigurava stabilnost regeneracijske šupljine. Šupljina za regenerativno pojačanje sastoji se od Pockelsove ćelije (PC), polarizatora tankog filma (TFP), četvrtvalnih ploča (QWP) i vrlo stabilne rezonantne šupljine. Izolator (Izolator) se koristi kako bi se spriječilo preokretanje pojačane svjetlosti i oštećenje izvora klica. Struktura izolatora koja se sastoji od TFP1, rotatora i poluvalnih ploča (HWP) koristi se za izolaciju ulaznog klica od pojačanog pulsa. Početni puls ulazi u komoru za regenerativno pojačanje kroz TFP2. Kristal barijevog prednaponskog borata (BBO), PC i QWP kombiniraju se da tvore optički prekidač, a periodički visoki napon se primjenjuje na PC kako bi se selektivno uhvatio početni impuls kako bi se širio naprijed-natrag kroz šupljinu. Željeni puls oscilira u šupljini finim podešavanjem razdoblja primjene napona Pukelove kutije za učinkovito pojačanje tijekom kružnog širenja.
Slika 2 Izlazna izvedba sustava regenerativnog pojačala za tanki film
Na 1 MHz, regenerativno pojačalo ima maksimalnu izlaznu snagu od 154,1 W, učinkovitost optičke u optičku konverziju do 61%, faktor kvalitete snopa od MX2=1.05 i MY 2=1.06 pri najvećoj snazi i 8-satna stabilnost snage RMS < 0,33%.
