Ultrabrzi laseri velike snage se široko koriste u naprednoj proizvodnji, informatici, mikroelektronici, biomedicini, nacionalnoj odbrani i vojnim poljima, a srodna naučna istraživanja su ključna za promicanje nacionalnih naučnih i tehnoloških inovacija i visokokvalitetnog razvoja. Laserski sistemi tankog presjeka se široko koriste u naprednoj proizvodnji, informatici, mikroelektronici, biomedicini, odbrani i vojnim poljima...
Ultrabrzi laseri velike snage se široko koriste u naprednoj proizvodnji, informatici, mikroelektronici, biomedicini, nacionalnoj odbrani i vojnim poljima, itd. Srodna naučna istraživanja su ključna za promociju nacionalnih naučnih i tehnoloških inovacija i visokokvalitetnog razvoja. Zahvaljujući svojoj visokoj prosječnoj snazi, velikoj impulsnoj energiji i odličnom kvalitetu zraka, tankoslojni laserski sistem ima veliku potražnju u naučnim i industrijskim oblastima kao što su fizika atosekunde i obrada materijala, i dobio je veliku pažnju zemalja širom svijeta. Međutim, trenutno još uvijek postoje nedostaci u ključnim tehnologijama kao što su priprema uređaja za pojačanje tankog filma, dizajn i pakovanje sistema hlađenja i višetaktni pumpni sistem, koji ozbiljno ograničavaju dalji razvoj ultrabrzih lasera sa tankim filmom 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, sa maksimalnom efikasnošću optičke konverzije od 61%, što je ujedno i najveća efikasnost optičke konverzije do sada prijavljena regenerativnim pojačavanjem ultra brzog tankog filma i faktorom kvaliteta zraka 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. Regenerativno pojačalo sa visokom stopom ponavljanja i visokom snagom efikasnog pikosekundnog tankog diska [J ]. Laserska nauka i inženjerstvo velike snage, 2024, 12(2): 02000e14).
Sistem regenerativnog pojačala visoke frekvencije i velike snage sa tankim diskom
Slika 1 Sistem regenerativnog pojačanja tankih pahuljica
Struktura laserskog pojačivača s tankim pahuljicama prikazana je na slici 1. Sadrži izvor sjemena vlakana, tankoslojnu lasersku glavu i šupljinu za regenerativno pojačanje. Izvor sjemena je vlaknasti oscilator dopiran iterbijem sa prosječnom snagom od 15 mW, centralnom talasnom dužinom od 1030 nm, širinom impulsa od 7,1 ps i frekvencijom ponavljanja od 30 MHz. Laserska glava sa tankim filmom koristi domaći Yb:YAG kristal prečnika 8,8 mm i debljine 150 µm i 48-sistem taktnog pumpanja. Izvor pumpe koristi 969 nm talasnu dužinu zaključanu nultofononsku liniju LD, koja smanjuje kvantni defekt na 5,8%. Jedinstvena struktura za disipaciju toplote efikasno hladi lamelarni kristal i osigurava stabilnost regeneracione šupljine. Šupljina za regenerativno pojačanje sastoji se od Pockels ćelije (PC), tankoslojnog polarizatora (TFP), četvrtvalnih ploča (QWP) i visoko stabilne rezonantne šupljine. Izolator (izolator) se koristi da spriječi da pojačano svjetlo preokrene i ošteti izvor sjemena. Struktura izolatora koja se sastoji od TFP1, rotatora i polutalasnih ploča (HWP) se koristi za izolaciju ulaznog sjemena od pojačanog impulsa. Impuls sjemena ulazi u komoru za regenerativnu amplifikaciju kroz TFP2. Kristal barijevog bias borata (BBO), PC i QWP se kombinuju kako bi formirali optički prekidač, a periodični visoki napon se primjenjuje na PC da bi selektivno uhvatio impuls sjemena kako bi ga propagirao naprijed-nazad kroz šupljinu. Željeni impuls se osciluje u šupljini finim podešavanjem perioda primene napona Pukel kutije za efikasno pojačanje tokom kružnog širenja.
Slika 2 Izlazne performanse sistema regenerativnog pojačala za tankoslojni film
Na 1 MHz, regenerativno pojačalo ima maksimalnu izlaznu snagu od 154,1 W, efikasnost optičke konverzije do 61%, faktor kvaliteta zraka MX2=1.05 i MY 2=1.06 pri najvećoj snazi, i 8-satnu stabilnost snage RMS < 0,33%.
