Los láseres ultrarrápidos de alta potencia se utilizan ampliamente en los campos de fabricación avanzada, información, microelectrónica, biomedicina, defensa nacional y militar, y la investigación científica relacionada es crucial para promover la innovación científica y tecnológica nacional y el desarrollo de alta calidad. Los sistemas láser de sección delgada se utilizan ampliamente en los campos de fabricación avanzada, información, microelectrónica, biomedicina, defensa y militar...
Los láseres ultrarrápidos de alta potencia se utilizan ampliamente en los campos de fabricación avanzada, información, microelectrónica, biomedicina, defensa nacional y militar, etc. La investigación científica relacionada es crucial para promover la innovación científica y tecnológica nacional y el desarrollo de alta calidad. En virtud de su alta potencia promedio, gran energía de pulso y excelente calidad del haz, el sistema láser de película delgada tiene una gran demanda en campos científicos e industriales como la física de attosegundos y el procesamiento de materiales, y ha recibido una amplia atención de países de todo el mundo. Sin embargo, en la actualidad, todavía existen deficiencias en tecnologías clave como la preparación del dispositivo de ganancia de película delgada, el diseño y empaquetado del sistema de enfriamiento y el sistema de bombeo de múltiples tiempos, que limitan seriamente el desarrollo futuro de láseres de película delgada ultrarrápidos de alta potencia en China.
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, ancho de pulso<7 ps, and an average power >Se lograron 150 W, con una eficiencia máxima de conversión óptico-óptica del 61%, que también es la eficiencia de conversión óptico-óptica más alta informada hasta la fecha por amplificación regenerativa de película delgada ultrarrápida, y un factor de calidad de haz de 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.
Los resultados fueron publicados en High Power Laser Science and Engineering, vol. 2, n.º 2, 2024 (Sizhi Xu, Yubo Gao, Xing Liu, Yewang Chen, Deqin Ouyang, Junqing Zhao, Minqiu Liu, Xu Wu, Chunyu Guo, Cangtang Wu y Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Amplificador regenerativo de disco delgado de picosegundos de alta tasa de repetición y alta eficiencia de potencia [J ]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(2): 02000e14).
Sistema amplificador regenerativo de disco delgado de alta potencia y alta frecuencia
Fig. 1 Sistema de amplificación regenerativa de láminas delgadas
La estructura del amplificador láser de láminas delgadas se muestra en la Fig. 1. Incluye una fuente de semilla de fibra, un cabezal láser de película delgada y una cavidad de amplificación regenerativa. La fuente de semilla es un oscilador de fibra dopada con iterbio con una potencia promedio de 15 mW, una longitud de onda central de 1030 nm, un ancho de pulso de 7,1 ps y una frecuencia de repetición de 30 MHz. El cabezal láser de película delgada utiliza un cristal Yb:YAG casero con un diámetro de 8,8 mm y un espesor de 150 µm y un sistema de bombeo de 48- tiempos. La fuente de bombeo utiliza un LD de línea de fonón cero bloqueado en longitud de onda de 969 nm, que reduce el defecto cuántico al 5,8%. Una estructura única de disipación de calor enfría eficazmente el cristal laminar y asegura la estabilidad de la cavidad de regeneración. La cavidad de amplificación regenerativa consta de una celda de Pockels (PC), polarizadores de película delgada (TFP), placas de cuarto de onda (QWP) y una cavidad resonante altamente estable. Se utiliza un aislador (aislador) para evitar que la luz amplificada se invierta y dañe la fuente de la semilla. La estructura del aislador que consta de TFP1, rotador y placas de media onda (HWP) se utiliza para aislar la semilla de entrada del pulso amplificado. El pulso de la semilla ingresa a la cámara de amplificación regenerativa a través de TFP2. Un cristal de borato de polarización de bario (BBO), PC y QWP se combinan para formar un interruptor óptico, y se aplica un alto voltaje periódico al PC para capturar selectivamente el pulso de la semilla para propagarlo de ida y vuelta a través de la cavidad. El pulso deseado oscila en la cavidad mediante el ajuste fino del período de aplicación de voltaje de la caja de Pukel para una amplificación efectiva durante la propagación de ida y vuelta.
Fig. 2 Rendimiento de salida del sistema amplificador regenerativo para película delgada
A 1 MHz, el amplificador regenerativo tiene una potencia de salida máxima de 154,1 W, una eficiencia de conversión óptica a óptica de hasta el 61 %, un factor de calidad del haz de MX2=1.05 y MY2=1.06 a la potencia más alta y una estabilidad de potencia de 8- horas de RMS < 0,33 %.
