A 2um{1}}um közép-infravörös lézernek megvannak a maga egyedi alkalmazásai: ez a sáv több atmoszférikus ablakot fed le, így hasznos a LIDAR, az atmoszférikus kommunikáció, a lézertávolság, az ultranagy felbontású csillagászati spektrométerek kalibrálása és az optoelektronikai érzékelés, stb. [1]; a közép-infravörös sáv tartalmazza a "molekuláris ujjlenyomatok" néven ismert jellegzetes spektrális vonalakat, amelyek nagy sebességű, nagy felbontású, nagy spektrális érzékenység, valamint a középső infravörös spektroszkópiai mérések nagy jel-zaj arányának mérésére használhatók [2] ; a 3um közelében lévő vízmolekulák erős abszorpciós csúcsot mutatnak, így számos orvosi műveletben felhasználható; az abszorpciós spektrális sáv molekuláris kovalens kötésében található, amely felhasználható a molekulatartalom és a molekuláris típus azonosítására, a molekuláris képalkotás megvalósítására és így tovább.
A kereskedelemben kapható közép-infravörös lézerforrások közé tartoznak az OPO parametrikus oszcilláló lézerek, a szuperkontinuum spektrális fényforrások, a kvantumkaszkád lézerek és a szálas lézerek.
A közép-infravörös szálas lézer, a közép-infravörös szál megvalósítása szerint, aktív és passzív szempontokra osztható, elsősorban az adalékolt ritkaföldfém alapú közép-infravörös lézert, mint például az Er3 plus , Dy3 plus adalékolt ZBLAN szálas lézer ; közép-infravörös lézer, amely a nemlineáris hatáson alapul, mint például a Raman lézer, a lézer szuperkontinuum spektruma; speciális hullámvezető szerkezetű üreges optikai szálon alapul, különböző gázokkal különböző hullámhosszok eléréséhez. A közép-infravörös lézer különböző hullámhosszai. Az utóbbi években a szálas lézeres technológia folyamatos fejlődése és érettsége miatt a közép-infravörös lézertechnológia körüli kutatások felforrósodtak, a kapcsolódó kísérletek és termékjelentések végtelenek, és itt csak az egyhullámú közép-infravörös szálas lézer alapúakról beszélünk. az aktív rostok elnyerésére.
Er: ZBLAN száloptika
Mivel a ritkaföldfém elemnek gazdag energiaszintű szerkezete van, a részecskéket alapállapot-abszorpció gerjeszti magasabb energiaszintre 655 nm, 790 nm és 980 nm-es szivattyúhullámhosszon, és 1,55 um emisszió állítható elő sugárzási átvitellel 4I13/2 energiaszint 4I15/2 energiaszintre, és 2,8 um emisszió a 4I11/2 energiaszintről a 4I13/2 energiaszintre történő átvitellel. A 4F9/2 energiaszintről a 4I9/2 energiaszintre történő részecskeugrás 3,5 um kibocsátást eredményezhet. Jelenleg ez egy viszonylag általános módszer a 2,8 um-es lézerezés előállítására nagy koncentrációban adalékolt Er: ZBLAN szálakból [4]
A fluoridszálat 2-3um fénykibocsátásra, a szulfidszálat a 3-6,5 um fénykibocsátásra használják, és a 6,5 um-nál hosszabb hullámhosszok is kibocsáthatók halogenid szállal. A fluoridszál főként alumínium-fluoridból (AlF3), ZBLAN-ból (53 százalék ZrF4-20 százalék BaF2-4 százalék LaF3-3 százalék AlF3-20 százalék NaF) vagy indium-fluoridból (InF3) áll. stb., mint a fluoridos többkomponensű üvegszál mátrixanyaga. A ZBLAN egyike jelenleg gyakrabban használt optikai szál, ritkaföldfém-adalékolás érhető el, a szilícium alapú optikai szállal való fúziós illesztési eljárása viszonylag kiforrott, kereskedelmi optikai szál-fúziós splicing gépek használhatók, InF és AlF szál száloptikai eszközként (például nyalábkombinálóként) és száloptikai végsapkák gyártására használják. De a könnyű nedvesség a fluoridszál fő hátránya.
2,8 um közép-infravörös folyamatos szálas lézer
1988-ban Brierley bejelentette az első 2,7 um Er3 plusz adalékolt szálas lézert[5].
1999-ben az Er:ZBLAN szálas lézer kimeneti teljesítménye áttörést ért el a watt-skálán, Jackson és munkatársai[6] pedig 1,7 W-os lézerteljesítményt értek el Er3 plus / Pr3 plus társadalékolt ZBLAN szál használatával.
A 21. században a szálelőkészítési technológia és a szálas lézer technológia fejlődésével a 3um sávos lézerek teljesítménye tovább nőtt. Közülük a japán Kyoto Egyetem, az ausztrál Adelaide-i Egyetem, a kanadai Laval Egyetem és a kínai Shenzhen Egyetem laboratóriuma igen kiváló kísérleti előrehaladásról számolt be.
2015-ben Fortin és munkatársai [7] a kanadai Laval Egyetemről Er3 plusz adalékolt fluoridszálas lézerről számoltak be, 30,5 W kimeneti teljesítménnyel és 2938 nm kimenő hullámhosszal. A rendszer magon belüli maratáson alapuló szálas Bragg-rácsot használt, azaz a ZBLAN, illetve az Er:ZBLAN szálakba nagy és alacsony reflexiós rácsokat marattak, így 10 m hosszú rezonáns üreget alkottak, és a szál végét összekapcsolták. AlF3 zárókupakkal a lézer elfolyósodásának csökkentése és a lézer stabilitásának javítása érdekében, a teljes lézerhatékonyság 16 százalék 980 nm-es szivattyúzásnál.
2018-ban Aydin és munkatársai [8], a Laval University, Kanada, befejezték a rácsmaratást az Er:ZBLAN szál teljes szakaszán, és 41,6 W-os lézerteljesítményt értek el 2,8 um mellett folyamatos szálas lézerrel kettős szivattyúzási módban. . Ez az Er:ZBLAN közép-infravörös szálas lézer legnagyobb ismert kimenő teljesítménye.
2021-ben Chunyu Guo és munkatársai[10] a Shenzhen Egyetemről beszámoltak az első 2,8 um-os közép-infravörös lézerkimenetről, amely teljes szálas szerkezettel rendelkezik 20 W teljesítménnyel Kínában. Az Er3 plus :ZrF4 adalékolt szál átmérője 15 um, numerikus rekeszértéke körülbelül 0,12, teljes hossza 6,5 m, abszorpciós együtthatója 2-3 dB/m@976 nm, és nagy fényvisszaverő ráccsal rendelkezik. (99 százalék HR-FBG) és egy alacsony visszaverődésű rács (10 százalék OC-FBG) közvetlenül egy erősítő szálra írva, 2825 nm középső hullámhosszal, amely rezonanciaüreget képez az Er szállal. A ▼ ábrán látható módon A szilícium alapú és a ZBLAN szálak fúziós kötési folyamatát, valamint a végsapkák és a passzív szálak fúziós kötési folyamatát a riporter csapata önállóan fejlesztette ki, amely a burkoló optikai szűrőket és a AlF3 szálvégsapkák. Az optikai-optikai átalakítás hatásfoka 14,5 százalék, ha a szivattyú teljesítménye 140 W, 输出功率20.3W@2.8um.
In 2023, the output power of a single-ended pumped mid-infrared fiber laser was increased to 33.8 W using a coated reflector and a homemade high-performance mid-infrared fiber endcap to provide resonant cavity feedback, combined with an efficient coupling technique for high-power pumped light, and the highest laser efficiency was obtained at a power level of >30 W. [21]
Évekig tartó erőfeszítések után a szálas lézeres dolgozók nagymértékben optimalizálták a közép-infravörös szálak feldolgozását, a kereskedelmi speciális szálfeldolgozó berendezések jelenlegi használatát, alacsonyabb fúziós veszteséget érhet el, a középső infravörös módú mezőegyezőben, kombinálóban/elosztóban használják. , a kimeneti végsapkát és számos más eszközt, hogy elindítsák a középső infravörös fényforrás termékszintű, teljes szálas szerkezetét.
Közép-infravörös Q-impulzusos szálas lézer
2020-ban Sojka és munkatársai [11] egy 30 W-os, 975 nm-es lézerrel pumpált, 15 um magátmérőjű, 7 százalékos moláris koncentrációjú Er:ZBLAN kettős burkolatú szálat használtak egy szál akusztooptikai Q-modulált kimenetének eléréséhez. lézer 2,8 um hullámhosszon 10 kHz ismétlési frekvenciával, és lézerkimenet 46 uJ impulzusenergiával egy 1,1 m hosszú Er:ZBLAN szálban 0,821 kW csúcsteljesítményű impulzussal impulzusszélesség 56 ns. 2021-ben egy Er:ZBLAN multimódusú szálat használtak, amelynek magátmérője 35 um, impulzusszélessége 26 ns, csúcsteljesítménye 12,7 kW és impulzusenergiája 330 uJ [12].
A 2021-ben Shen et al. elektrooptikai Q modulációval elérte az első 2,8 um impulzus lézerkimenetet. Egy 33 um magátmérőjű, 6 százalékos Er-koncentrációval adalékolt ZBLAN szálat használtak erősítési közegként 0,12 NA-val, az elektrooptikai modulátor pedig egy 13,1 ns impulzusszélességű, 205,7 impulzusenergiával rendelkező RTP-kristály volt. uJ és a 15,7 kW-os csúcsteljesítmény, ami a legnagyobb csúcsteljesítményű Er:ZBLAN modulált Q szálas lézer, amelyről ismertek.
Közép-infravörös módban zárt ultragyors szálas lézer
Vannak Tm-adalékolt szálak a szilícium alapú szálakban a 2 um-os lézerek kimenetéhez, és a technológia viszonylag kiforrott, a szál- és eszköztechnológiák kifejlődésével egyenként magasabb előírásokat sikerült elérni.
2018-ban a Jénai Egyetem 1000 W-os átlagos teljesítményről, 256 fs-os 2 um ultragyors lézerről számolt be, amely Tm-adalékolt fotonikus kristályszálat használ nagy módustér-területtel, 50/250-Tm-PM-PCF. ez a hasonló kísérletek eddigi legmagasabb mutatója.
A 2 um feletti hullámhossz-sáv esetében a jelenlegi szálas lézeres kutatási munkák többsége passzív üzemmód-zárolási technológiát alkalmaz, főként telíthető abszorpció, valamint nemlineáris hatások formájában. Az előbbi optikailag telíthető abszorpciós tulajdonságokkal rendelkező anyagokat használ módzárolt eszközökként, mint például a SESAM, fémekkel adalékolt kristályokat, mint például Fe: ZnSe stb., míg az utóbbi optikai nemlineáris hatásokat és egyéb eszközöket használ egyenértékű telíthető abszorberek létrehozására, mint pl. nemlineáris polarizációs forgatás (NPR), nemlineáris optikai huroktükör (NOLM) stb.
2020-ban Guo és munkatársai [14] arról számoltak be, hogy a WSe2 vékonyrétegeket SA-ként növesztették CVD-vel, és aranyozott tükrökbe vitték át WSe2-SAM-ként, amely alapján mód-zárt impulzus impulzusszélességgel. 21 ps, 42,43 MHz újrafrekvencia és 360 mW átlagos teljesítmény érhető el egy 980 nm-es lézerrel, amelyet 6 százalékos moláris koncentrációjú Er:ZBLAN szállal pumpáltak.
2022-ben Qin és munkatársai [15] a Shanghai Jiaotong Egyetemről molekuláris nyaláb epitaxiális növekedési technikával InAs/GaSb szuperrács SESAM-et készítettek, amely rugalmasan be tudja állítani a telíthető abszorber választartományát, a telítési energia sűrűségét, a helyreállítási időt és egyéb paramétereket, és stabil mód-zárolt kimenetet ért el egy 3,5 um-os Er:ZBLAN szálas lézerrel 14,8 ps impulzusszélességgel, 149 mW átlagos teljesítménnyel és 36,56 MHz ismétlési frekvenciával.
2019-ben Qin és munkatársai [16], a Shanghai Jiaotong Egyetem munkatársai tovább csökkentették az üzemmód-zárt impulzusszélességet 215 fs-ra a diszperziókezeléshez Ge rudak segítségével, 9,3 nJ impulzusenergiával és 43,3 kW csúcsteljesítménnyel.
2020-ban Gu et al. [17] a Shanghai Jiaotong Egyetem munkatársa egy szoliton impulzusról számolt be, 131 fs üzemmóddal zárt kimenettel, 22,68 kW csúcsteljesítménnyel és 3 nJ impulzusenergiával az NPR technikán alapulva egy 2,8 μm-es Er∶ZBLAN szálas lézerhez.
Ugyanebben az évben Huang és munkatársai [18] 126 fs impulzusszélességű és 10 nJ impulzusenergiájú üzemmódzárolt kimenetet értek el egy 3,3 m hosszú Er: ZBLAN szál 980 nm-en történő szivattyúzásával NPR technikával, és az Er: ZBLAN erősítő és a ZBLAN nemlineáris szál tovább tömörítette az impulzusszélességet 15,9 fs-ra, 500 kW végső impulzus-csúcsteljesítmény mellett.
Yu és munkatársai [19] 2022-ben 283 fs impulzusszélességű impulzusos magfényforrást készítettek 2,4 m hosszú Er:ZBLAN szál segítségével, amelyet 7 százalékos moláris koncentrációval adalékoltak, és tovább tömörítették az impulzusszélességet 59 fs-ra nemlineáris erősítéssel. , akár 4,13 W-os impulzus-átlagteljesítményt is elérve, ami a száz femtomásodperc alatti üzemmódban zárt szálas lézer eddigi legmagasabb átlagos kimeneti teljesítménye.
Czáradék
Közép-infravörös szálas lézer, kompakt szálas lézerrel, kevesebb karbantartás, nagy stabilitás, magas sugárminőség és sok más előny, fluorid, szulfid, halogenid, üreges szál és egyéb középső infravörös szálak, a teljesítmény, a spektrum, a száloptikai eszközök alkalmazásából , és a közép-infravörös lézer fejlesztésének egyéb vonatkozásai nagyban elősegítették a közép-infravörös lézer fejlesztését, a közép-infravörös anyagok és a száloptikai technológia tovább érik, több lesz a kiváló minőségű közép-infravörös szálas lézer termékek, hogy jöjjön ki a honvédelem, a tudományos kutatás, az ipari gyártás, az orvosi ellátás és más területeken, hogy egyre nagyobb szerepet kapjanak.
