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18. Mai 2023

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von Ultrafast Science

Ultraschnelle Hochleistungs-Faserlaser finden Breitbandanwendungen in der Materialbearbeitung, der Medizin, der modernen Fertigung und anderen Bereichen. Im Vergleich zu Festkörperlasern zeichnen sich Faserlaser durch kompakte Systeme, Flexibilität, gute Wärmeableitung und hohe Strahlqualität aus.

Aufgrund des gravierenden nichtlinearen Effekts innerhalb der Faser liegen die Einzelpulsenergie und die Durchschnittsleistung der ultraschnellen Faserlaser, insbesondere derjenigen mit Vollfaserstrukturen, jedoch immer noch hinter denen der Festkörperlaser zurück. In den letzten Jahren hat der Mamyshev-Oszillator aufgrund seines Potenzials zur Erzeugung hochenergetischer ultraschneller Impulse große Forschungsaufmerksamkeit auf sich gezogen.

Kürzlich berichtete eine Forschungsgruppe der National University of Defense Technology über einen Mamyshev-Oszillator, der auf einer vollständig polarisationserhaltenden Faser mit einem Kern-/Manteldurchmesser von 10/125 μm basiert und eine Einzelimpulsenergie von 153 nJ mit einer komprimierten Impulsbreite von 73 fs realisierte . Darüber hinaus wurde durch Anpassen der Hohlraumparameter ein maximaler harmonischer Modenkopplungsbetrieb 5. Ordnung mit einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von 3,4 W und einer komprimierten Impulsbreite von 100 fs erreicht.

Kürzlich wurde ihre Arbeit mit dem Titel „All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Delivers Hundred-Nanojoule and Multi-Watt Sub-100 fs Pulses“ auf Ultrafast Science veröffentlicht.

Die Pulsenergie und die Durchschnittsleistung ultraschneller Faserlaser wurden in den letzten Jahren auf der Grundlage des Mamyshev-Oszillators mit kaskadenförmiger spektraler Verbreiterung und versetztem spektralem Filtereffekt erheblich verbessert. Das Dauerlicht und die schwachen Impulse werden im Mamyshev-Oszillator blockiert. Aufgrund der ausreichenden spektralen Verbreiterung kann der starke Puls nach zwei Filtern mit unterschiedlicher Zentralwellenlänge im Hohlraum überlebt werden und der ultraschnelle Laser mit großer Pulsenergie erhalten werden.

Die meisten bisherigen Ergebnisse verwendeten jedoch räumliche Strukturen und führten eine große Anzahl von Freiraumelementen zur Signalkollimation und -kopplung ein, was das System umständlich und anfällig für Störungen macht.

„Unser Ziel ist es, ultraschnelle Hochleistungsfaserlaser mit Vollfaserstruktur zu realisieren“, erklärte A/Prof. Kann Li. In der Veröffentlichung „Ultrafast Science“ wurde über einen Mamyshev-Oszillator berichtet, der auf einer allpolarisationserhaltenden Faser mit einem Kern-/Manteldurchmesser von 10/125 μm basiert.

Im Vergleich zu herkömmlichen Mamyshev-Oszillatoren, die im Allgemeinen aus zwei Stufen der Verstärkungsfaserverstärkung bestehen, gibt es im vorgeschlagenen Laser nur einen einzigen Verstärkungsarm. Ein Stück passive Faser wurde verwendet, um das optische Spektrum im anderen Arm zu verbreitern, wodurch die nichtlineare Phasenakkumulation innerhalb des Hohlraums gemildert und das System inzwischen kompakter gemacht wurde.

Diese Forschungsgruppe realisierte jeweils leistungsstarke ultraschnelle Faserlaser mit einer Einzelpulsenergie von 153 nJ und einer durchschnittlichen Leistung von 3,4 W, die die höchsten Rekorde in Pulsenergie und durchschnittlicher Leistung darstellen, die von einem ultraschnellen Laseroszillator mit Pikosekunden-/Femtosekundenpuls, der ausschließlich aus Fasern besteht, erzielt werden Dauer.

„Durch den Einsatz der Faser mit größerem Kerndurchmesser und einem neuen Impulsentwicklungsmechanismus, der eine höhere Toleranz gegenüber Nichtlinearitätsphasenakkumulation aufweist, sind ultraschnelle Vollfaserlaser mit höherer Leistung/Impulsenergie zu erwarten“, sagt Professor Pu Zhou.

Mehr Informationen: Tao Wang et al., All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Deliverses Hundred-Nanojoule and Multi-Watt Sub-100 fs Pulses, Ultrafast Science (2023). DOI: 10.34133/ultrafastscience.0016

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