मोड-लॉक्ड शीट लेजर, उच्च ऊर्जा अल्ट्राफास्ट लेजर को शक्ति प्रदान करता है

उच्च शक्ति फेम्टोसेकंडलेज़रटेराहर्ट्ज़ उत्पादन, एटोसेकंड पल्स उत्पादन और ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब जैसे वैज्ञानिक अनुसंधान और औद्योगिक क्षेत्रों में इसका बहुत अधिक अनुप्रयोग मूल्य है।मॉड-लॉक्ड लेजरपरंपरागत ब्लॉक-गेन मीडिया पर आधारित तकनीकें उच्च शक्ति पर थर्मल लेंसिंग प्रभाव से सीमित होती हैं, और वर्तमान में अधिकतम आउटपुट शक्ति लगभग 20 वॉट है।

पतली शीट लेजर परावर्तित करने के लिए मल्टी-पास पंप संरचना का उपयोग करती है।पंप लाइटउच्च दक्षता वाले पंप अवशोषण के लिए 100 माइक्रोन की मोटाई वाली शीट गेन मीडियम का उपयोग किया जाता है। बैककूलिंग तकनीक के साथ यह अत्यंत पतला गेन मीडियम थर्मल लेंस प्रभाव और गैर-रेखीय प्रभाव को काफी हद तक कम करता है, और उच्च शक्ति वाले फेम्टोसेकंड पल्स आउटपुट को प्राप्त कर सकता है।
वेफर ऑसिलेटर और केर लेंस मोड-लॉकिंग तकनीक का संयोजन फेम्टोसेकंड के क्रम में पल्स चौड़ाई के साथ उच्च औसत शक्ति लेजर आउटपुट प्राप्त करने का मुख्य साधन है।

चित्र 1 (a) 72 ऑप्टिकल संरचना आरेख और (b) पंप मॉड्यूल का भौतिक आरेख

चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के शोधकर्ताओं की एक टीम ने स्व-विकसित 72-वे पंप मॉड्यूल के आधार पर एक केर लेंस मोड-लॉक्ड शीट लेजर को डिजाइन और निर्मित किया, और चीन में उच्चतम औसत शक्ति और एकल पल्स ऊर्जा के साथ एक केर लेंस मोड-लॉक्ड शीट लेजर विकसित किया।
केर लेंस मोड-लॉकिंग के सिद्धांत और एबीसीडी मैट्रिक्स की पुनरावृत्ति गणना के आधार पर, शोध दल ने सबसे पहले पतली प्लेट केर लेंस मोड-लॉकिंग लेजर के मोड-लॉकिंग सिद्धांत का विश्लेषण किया, मोड-लॉकिंग ऑपरेशन और निरंतर ऑपरेशन के दौरान रेज़ोनेटर में मोड परिवर्तनों का अनुकरण किया, और पुष्टि की कि मोड-लॉकिंग के बाद हार्ड डायाफ्राम पर कैविटी मोड त्रिज्या 7% से अधिक कम हो जाएगी।

इसके बाद, डिज़ाइन सिद्धांत के मार्गदर्शन में, शोध दल ने अपने द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित 72-वे पंप मॉड्यूल (चित्र 1) के आधार पर एक केर लेंस मोड-लॉक्ड रेज़ोनेटर (चित्र 2) डिज़ाइन और निर्मित किया, और 72 W पंपिंग समय पर 11.78 W की औसत शक्ति, 245 fs की पल्स चौड़ाई और 0.14 μJ की एकल पल्स ऊर्जा के साथ एक स्पंदित लेजर आउटपुट प्राप्त किया। आउटपुट पल्स की चौड़ाई और इंट्राकैविटी मोड में परिवर्तन सिमुलेशन परिणामों के साथ अच्छी तरह से मेल खाते हैं।

चित्र 2 प्रयोग में प्रयुक्त केर लेंस मोड-लॉक्ड Yb:YAG वेफर लेजर की अनुनाद गुहा का योजनाबद्ध आरेख।

लेजर की आउटपुट क्षमता को बेहतर बनाने के लिए, शोध दल ने फोकसिंग दर्पण की वक्रता त्रिज्या को बढ़ाया और केर माध्यम की मोटाई और द्वितीय-क्रम फैलाव को सूक्ष्मता से समायोजित किया। जब पंप शक्ति को 94 W पर सेट किया गया, तो औसत आउटपुट क्षमता बढ़कर 22.33 W हो गई, पल्स की चौड़ाई 394 fs और एकल पल्स ऊर्जा 0.28 μJ थी।

आउटपुट पावर को और बढ़ाने के लिए, शोध दल केंद्रित अवतल दर्पणों के जोड़े की वक्रता त्रिज्या को और बढ़ाएगा, जबकि वायु विक्षोभ और वायु फैलाव के प्रभाव को कम करने के लिए अनुनादक को कम निर्वात वाले बंद वातावरण में रखेगा।