मोड-लॉक्ड शीट लेजर, पावर हाई एनर्जी अल्ट्राफास्ट लेजर

उच्च शक्ति फेम्टोसेकंडलेज़रवैज्ञानिक अनुसंधान और औद्योगिक क्षेत्रों जैसे टेराहर्ट्ज़ पीढ़ी, एटोसेकंड पल्स पीढ़ी और ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब में इसका महान अनुप्रयोग मूल्य है।मॉड-लॉक्ड लेजरपारंपरिक 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 बहु-पास पंप संरचना का उपयोग करता है ताकि प्रतिबिंबित किया जा सकेपंप प्रकाशउच्च दक्षता वाले पंप अवशोषण के लिए 100 माइक्रोन की मोटाई वाली 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 फेमटोसेकंड पल्स आउटपुट प्राप्त कर सकता है।
केर लेंस मोड-लॉकिंग प्रौद्योगिकी के साथ संयुक्त वेफर ऑसिलेटर्स, फेम्टोसेकंड 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 सबसे अधिक 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, डिजाइन सिद्धांत द्वारा निर्देशित, अनुसंधान दल ने टीम द्वारा स्वतंत्र रूप से विकसित 72-वे पंप मॉड्यूल (FIG.1) के आधार पर केर लेंस मोड-लॉक्ड रेज़ोनेटर (FIG. 2) को डिज़ाइन और निर्मित किया, और 72 W पंपिंग समय पर 11.78W की औसत शक्ति, 245 fs की पल्स चौड़ाई और 0.14μJ की एकल पल्स ऊर्जा के साथ एक स्पंदित लेजर आउटपुट प्राप्त किया। आउटपुट पल्स की चौड़ाई और इंट्राकेविटी मोड की भिन्नता सिमुलेशन परिणामों के साथ अच्छी तरह से मेल खाती है।

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

लेजर की आउटपुट पावर को बेहतर बनाने के लिए, अनुसंधान दल ने फोकसिंग मिरर की वक्रता त्रिज्या को बढ़ाया, और केर माध्यम की मोटाई और दूसरे क्रम के फैलाव को ठीक किया। जब पंप पावर को 94 W पर सेट किया गया, तो औसत आउटपुट पावर 22.33 W तक बढ़ गई, और पल्स की चौड़ाई 394 fs और एकल पल्स ऊर्जा 0.28 μJ थी।

आउटपुट पावर को और अधिक बढ़ाने के लिए, अनुसंधान टीम फोकस किए गए अवतल दर्पण युग्म की वक्रता त्रिज्या को और अधिक बढ़ाएगी, जबकि वायु की गड़बड़ी और वायु फैलाव के प्रभाव को कम करने के लिए अनुनादक को कम वैक्यूम वाले बंद वातावरण में रखा जाएगा।