मोड-लॉक शीट लेजर, पावर हाई एनर्जी अल्ट्राफास्ट लेजर

उच्च शक्ति फेम्टोसेकंडलेज़रवैज्ञानिक अनुसंधान और औद्योगिक क्षेत्रों जैसे टेराहर्ट्ज़ पीढ़ी, एटोसेकंड पल्स पीढ़ी और ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी में महान अनुप्रयोग मूल्य है।मॉड-लॉक्ड लेज़रपारंपरिक ब्लॉक-गेन मीडिया पर आधारित उच्च शक्ति पर थर्मल लेंसिंग प्रभाव द्वारा सीमित हैं, और वर्तमान में अधिकतम आउटपुट पावर लगभग 20 W है।

पतली शीट लेजर प्रतिबिंबित करने के लिए बहु-पास पंप संरचना का उपयोग करता हैपंप लाइटउच्च दक्षता वाले पंप अवशोषण के लिए 100 माइक्रोन मोटाई वाले शीट गेन मीडियम में। बैककूलिंग तकनीक के साथ संयुक्त अत्यंत पतला गेन मीडियम, थर्मल लेंस प्रभाव और नॉनलाइनियर प्रभाव के प्रभाव को बहुत कम कर देता है, और उच्च शक्ति वाले फेम्टोसेकंड पल्स आउटपुट को प्राप्त कर सकता है।
केर लेंस मोड-लॉकिंग प्रौद्योगिकी के साथ संयुक्त वेफर ऑसिलेटर्स, फेमटोसेकंड के क्रम में पल्स चौड़ाई के साथ उच्च औसत शक्ति लेजर आउटपुट प्राप्त करने का मुख्य साधन हैं।

चित्र 1 (ए) 72 ऑप्टिकल संरचना आरेख और (बी) पंप मॉड्यूल का भौतिक आरेख

चीनी विज्ञान अकादमी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने स्वयं-विकसित 72-तरफ़ा पंप मॉड्यूल के आधार पर केर लेंस मोड-लॉक शीट लेजर का डिज़ाइन और निर्माण किया, और चीन में उच्चतम औसत शक्ति और एकल पल्स ऊर्जा के साथ केर लेंस मोड-लॉक शीट लेजर विकसित किया।
केर लेंस मोड-लॉकिंग के सिद्धांत और एबीसीडी मैट्रिक्स की पुनरावृत्त गणना के आधार पर, अनुसंधान दल ने सबसे पहले पतली प्लेट केर लेंस मोड-लॉकिंग लेजर के मोड-लॉकिंग सिद्धांत का विश्लेषण किया, मोड-लॉकिंग संचालन और निरंतर संचालन के दौरान अनुनादक में मोड परिवर्तनों का अनुकरण किया, और पुष्टि की कि मोड-लॉकिंग के बाद हार्ड डायाफ्राम पर गुहा मोड त्रिज्या 7% से अधिक कम हो जाएगी।

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

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

लेज़र की आउटपुट शक्ति में सुधार के लिए, अनुसंधान दल ने फ़ोकसिंग दर्पण की वक्रता त्रिज्या बढ़ा दी, और केर माध्यम की मोटाई और द्वितीय-क्रम फैलाव को ठीक किया। जब पंप शक्ति 94 वाट पर सेट की गई, तो औसत आउटपुट शक्ति 22.33 वाट तक बढ़ गई, और पल्स चौड़ाई 394 fs और एकल पल्स ऊर्जा 0.28 μJ हो गई।

आउटपुट पावर को और अधिक बढ़ाने के लिए, अनुसंधान दल फोकस किए गए अवतल दर्पण युग्म 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।