Laser ultrafast berkuasa tinggi digunakan secara meluas dalam pembuatan termaju, maklumat, mikroelektronik, bioperubatan, pertahanan negara dan bidang ketenteraan, dan penyelidikan saintifik yang berkaitan adalah penting untuk mempromosikan inovasi saintifik dan teknologi negara serta pembangunan berkualiti tinggi. Sistem laser bahagian nipis digunakan secara meluas dalam pembuatan termaju, maklumat, mikroelektronik, bioperubatan, pertahanan dan bidang ketenteraan...
Laser ultrafast berkuasa tinggi digunakan secara meluas dalam pembuatan termaju, maklumat, mikroelektronik, bioperubatan, pertahanan negara dan bidang ketenteraan, dsb. Penyelidikan saintifik yang berkaitan adalah penting untuk menggalakkan inovasi saintifik dan teknologi negara serta pembangunan berkualiti tinggi. Berdasarkan kuasa purata yang tinggi, tenaga nadi yang besar dan kualiti pancaran yang sangat baik, sistem laser filem nipis mempunyai permintaan yang besar dalam bidang saintifik dan perindustrian seperti fizik attosecond dan pemprosesan bahan, dan telah mendapat perhatian yang meluas dari negara-negara di seluruh dunia. Walau bagaimanapun, pada masa ini, masih terdapat kekurangan dalam teknologi utama seperti penyediaan peranti perolehan filem nipis, reka bentuk dan pembungkusan sistem penyejukan, dan sistem pengepaman berbilang lejang, yang secara serius mengehadkan pembangunan lanjut laser filem nipis ultrafast berkuasa tinggi dalam 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, lebar nadi<7 ps, and an average power >150 W telah direalisasikan, dengan kecekapan penukaran optik-ke-optik maksimum sebanyak 61%, yang juga merupakan kecekapan penukaran optik-ke-optik tertinggi yang dilaporkan setakat ini oleh penguatan penjanaan semula filem nipis ultra-pantas, dan faktor kualiti pancaran daripada 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.
Hasilnya diterbitkan dalam Sains dan Kejuruteraan Laser Kuasa Tinggi, Vol. 2, No. 2, 2024 (Sizhi Xu, Yubo Gao, Xing Liu, Yewang Chen, Deqin Ouyang, Junqing Zhao, Minqiu Liu, Xu Wu, Chunyu Guo, Cangtang Wu dan Yewang Chen). Chunyu Guo, Cangtao Zhou, Qitao Lue, Shuangchen Ruan. Penguat penjana semula cakera nipis picosaat yang cekap tinggi dan berkuasa tinggi [J ]. Sains dan Kejuruteraan Laser Kuasa Tinggi, 2024, 12(2): 02000e14).
Frekuensi berat tinggi dan sistem penguat regeneratif cakera nipis berkuasa tinggi
Rajah 1 Sistem amplifikasi regeneratif kepingan nipis
Struktur penguat laser kepingan nipis ditunjukkan dalam Rajah 1. Ia termasuk sumber benih gentian, kepala laser filem nipis dan rongga penguatan penjanaan semula. Sumber benih ialah pengayun gentian ytterbium-doped dengan kuasa purata 15 mW, panjang gelombang pusat 1030 nm, lebar nadi 7.1 ps dan frekuensi ulangan 30 MHz. Kepala laser filem nipis menggunakan kristal Yb: YAG buatan sendiri dengan diameter 8.8 mm dan ketebalan 150 µm dan 48-sistem pengepaman lejang. Sumber pam menggunakan LD talian sifar fonon berkunci panjang gelombang 969 nm, yang mengurangkan kecacatan kuantum kepada 5.8%. Struktur pelesapan haba yang unik menyejukkan kristal lamellar dengan berkesan dan memastikan kestabilan rongga penjanaan semula. Rongga penguatan regeneratif terdiri daripada Sel Pockels (PC), Polarizer Filem Nipis (TFP), Plat Gelombang Suku (QWP), dan rongga resonan yang sangat stabil. Pengasing (Isolator) digunakan untuk menghalang cahaya yang dikuatkan daripada membalikkan dan merosakkan sumber benih. Struktur Pengasing yang terdiri daripada TFP1, Rotator dan Plat Separuh Gelombang (HWP) digunakan untuk mengasingkan benih input daripada nadi yang dikuatkan. Nadi benih memasuki ruang penguatan regeneratif melalui TFP2. Kristal barium bias borate (BBO), PC dan QWP bergabung untuk membentuk suis optik, dan voltan tinggi berkala digunakan pada PC untuk menangkap nadi benih secara selektif untuk menyebarkannya ke belakang dan ke belakang melalui rongga. Nadi yang diingini diayunkan dalam rongga dengan penalaan halus tempoh penggunaan voltan kotak Pukel untuk penguatan yang berkesan semasa perambatan pergi balik.
Rajah 2 Prestasi output sistem penguat penjana semula untuk filem nipis
Pada 1 MHz, penguat penjanaan semula mempunyai kuasa output maksimum 154.1 W, kecekapan penukaran optik kepada optik sehingga 61%, faktor kualiti rasuk MX2=1.05 dan MY 2=1.06 pada kuasa tertinggi dan 8-jam kestabilan kuasa RMS < 0.33%.
