Ostatnio grupa badawcza profesora Lu Huadong z Institute of Optoelectronics of Shanxi University innowacyjnie zaproponowała metodę osiągnięcia wysokiej jakości wyjściowej lasera wąsko-podczerwieni poprzez mieszanie stymulowanej emisji i optycznych procesów parametrycznych. Wprowadzając optyczny proces parametryczny w jamie rezonansowej lasera ze połączonym wzmocnieniem, odsetek spontanicznego promieniowania w procesie tworzenia impulsu laserowego był znacznie zmniejszony, skutecznie zwężając szerokość impulsu lasera wyjściowego lasera i zmniejszając roztwór czasu lasera. Wreszcie, uzyskano impuls nanosekundowy 830 nm w bliskiej podczerwieni o mocy wyjściowej 7,75 W i szerokości widma 400,93 MHz, a odchylenie standardowe podtrzymania rozrządu impulsowego wynosiło tylko 2,285 ns. To badanie stanowi nowy pomysł na realizację zwartego, wysokiej jakości lasera wąskopulodowca bez kontroli blokowania.
Źródła światła w bliskiej podczerwieni (700 ~ 1000 nm) były szeroko stosowane w przetwarzaniu materiałów, biomedycynie, monitorowaniu środowiska i LIDAR ze względu na ich doskonałą penetrację i niskie charakterystykę rozpraszania. Dzięki technologii konwersji częstotliwości nieliniowej jego wyjściowej długości fali można dalej rozszerzyć na pasma terahertz, światła widzialnego, światła widzialnego i ultrafioletowego, aby zaspokoić potrzeby zróżnicowanych zastosowań, takich jak wykrywanie bezpieczeństwa, komunikacja laserowa, projekcja laserowa i litografia.
Obecnie lasery szafirowe z połączeniem tytanu są zwykle stosowane do osiągnięcia mocy, wąskopijnej nanosekundowej mocy impulsu w bliskiej podczerwieni. Jednak kryształy szafirowe tytanu wytwarzają efekty termiczne po pompowaniu o dużej mocy, co poważnie ogranicza moc wyjściową, wydajność konwersji i jakość wiązki lasera. Gdy laser szafirowy tytanu jest obsługiwany o niskiej mocy, czas impulsu ma poważny drganie ze względu na niską szybkość pompowania. Ponadto zastosowanie lasera 532 nm do pompowania optycznych oscylatorów parametrycznych jest również skuteczną metodą generowania wyjściowego lasera w bliskiej podczerwieni. Chociaż metoda ta nie jest ograniczona przez efekty termiczne, ze względu na nieodłączną szerokość pasma dużej akceptacji procesu dopasowywania fazy, szerokość widmowa światła sygnału wyjściowego jest duża po pompowaniu o dużej mocy. Aby skutecznie zawęzić swoją szerokość widmową, należy ją wstrzykiwać i zablokować za pomocą laserów o wysokiej jakości wąskim spektrum, co nie tylko zwiększa koszt źródła światła, ale także wpływa na stabilność systemu.
Aby przezwyciężyć obecne trudności techniczne, grupa badawcza zaproponowała metodę osiągnięcia wysokiej stabilności wąskopijunowej wyjściu lasera w bliskiej podczerwieni poprzez mieszanie stymulowanej emisji i procesów parametrycznych optycznych. Po pierwsze, dynamiczny proces wyjścia impulsu laserowego przed i po wprowadzeniu optycznego procesu parametrycznego w laseru TI: Sapphire teoretycznie analizowano teoretycznie. Jak pokazano na rycinie 1, w laserze z połączonym wzmocnieniem, gdy podłoże wzmocnienia jest pompowane, jony domieszkowane są szybko wdrażane na górnym poziomie energii lasera, a następnie moc impulsu laserowego powstaje pod działaniem spontanicznej emisji i stymulowanej emisji; A gdy optyczny proces parametryczny zostanie wprowadzony do wnęki rezonansowej, większa nieliniowa wydajność konwersji optycznego procesu parametrycznego może zwiększyć stymulowaną szybkość emisji w procesie tworzenia impulsu laserowego i zmniejszyć proporcję spontanicznej emisji, tak że czas ustalania impulsu i szerokość impulsów wyodrębnienia lasera. Ponadto, ponieważ nie ma opóźnienia między światłem pompy a impulsem światła sygnału w procesie optycznym parametrycznym, podtrużenie czasowe impulsu lasera wyjściowego jest znacznie ulepszone.
Grupa badawcza zaprojektowała laser bliskiej podczerwieni z mieszaną stymulowaną emisją i optycznymi procesami parametrycznymi, jak pokazano na ryc. 2. Ti: Sapphire Crystal i nieliniowy kryształ LBO są wstawiane odpowiednio do pojedynczej wnęki rezonansowej jako pożywki wzmocnienia i optycznego pożywki parametrycznej. Aby elastycznie kontrolować opóźnienie między laserem Ti: Sapphire a światłem sygnałowym procesu parametrycznego, jako źródła pompy stosuje się dwa zestawy laserów nanosekundowych 532 nm z częstotliwością powtarzania 6 kHz i kontroli terminu pulsu. Ponadto, aby zawęzić szerokość spektrum lasera Ti: szafirowego, etulony o grubości 0,5 mm i 10 mm i cztery połączone filtry dwójłomne są wstawiane do jamy rezonansowej. Wreszcie, reflektor wtrysku jest wstawiany po lustrze wyjściowym, aby zapewnić, że kierunek propagacji światła oscylacyjnego Ti: Sapphire we wnęce jest zgodne z przewodem światła sygnałowego procesu parametrycznego optycznego.
W eksperymencie czas pulsowy dwóch świateł pompy jest kontrolowany przez generator opóźnienia/impulsu, a charakterystyka dziedziny czasu lasera wyjściowego po wprowadzeniu optycznego procesu parametrycznego jest zoptymalizowane przez proces optyczny w procesie optycznym proporcjonalnym procesie emisyjnym w procesie pulu pulu w formacji formacji wzmocnienia Lasera. Laser, a jednocześnie zwiększa stymulowaną szybkość emisji, tak że szerokość impulsu lasera wyjściowego jest zmniejszona z 66,3 ns do 18,9 ns, a czas ustalania impulsu jest skrócony z 372,9 ns do 310 ns. Jednocześnie, ze względu na charakterystykę braku opóźnienia między światłem pompy a impulsem światła sygnału w procesie optycznym parametrycznym, podtrężenie czasu pulsowego lasera przełączonego wzmocnieniem jest również znacznie ulepszone, a jego odchylenie standardowe jest zmniejszone z 9,926 ns do 2,285 ns.
Po wprowadzeniu optycznego procesu parametrycznego w laserze z połączonym wzmocnieniem i optymalizacji czasu dwóch impulsów światła pompy, ostatecznie osiągnięto wyjście laserowe 7,75 W 830 nm, a jego stabilność mocy była lepsza niż 0,85% (RMS), jak pokazano na rycinie 4 (a); Charakterystykę trybu podłużnego mierzono za pomocą skanującej wnęki FP (SA210-8B, Thorlabs), a wyniki wykazały, że może zachować dobrą operację pojedynczego trybu podłużnego przy maksymalnej mocy wyjściowej, jak pokazano na rycinie 4 (b); Charakterystykę trybu poprzecznego zmierzono za pomocą analizatora jakości wiązki (M2MSBC207VIS/M, Thorlabs), a współczynnik M2 jakości wiązki był lepszy niż odpowiednio 1,37 i 1,47 w kierunkach x i y, jak pokazano na rycinie 4 (c). Jednocześnie, poprzez synchroniczne skanowanie kąta strojenia filtra dwójłomnego i temperaturę kryształu LBO, osiągnięto szeroki zakres strojenia długości fali od 764,90 nm do 873,43 nm, jak pokazano na rycinie 4 (d).
····················································
Zespół stworzył metodę osiągnięcia wysokiej jakości wyjściowej lasera o wysokiej energii w bliskiej podczerwieni poprzez zmieszanie stymulowanej emisji i procesów parametrycznych optycznych, i zrealizował laser bliskiej podczerwieni o kompaktowej strukturze, wysokiej stabilności i wąskiej szerokości widma. Wprowadzając optyczny proces parametryczny w rezonatoru laserowym przełączonym wzmocnieniem, charakterystyka domeny czasu lasera wyjściowego została znacznie ulepszona. Wreszcie osiągnięto kompaktowy laser w bliskiej podczerwieni o 830 nm o maksymalnej mocy wyjściowej 7,75 W i szerokości spektralnej 400,93 MHz, o szerokości impulsu wąskiej jak 18,9 ns i standardowym odchyleniem jittera rozrządu impulsu zmniejszonego do 2,285 ns.
