Nylig foreslo forskningsgruppen til professor Lu Huadong fra Institute of Optoelectronics ved Shanxi University innovativt en metode for å oppnå høystabilitet smalt spektrum nærinfrarød laserutgang ved å blande stimulert utslipp og optiske parametriske prosesser. Ved å introdusere den optiske parametriske prosessen i resonanshulen til den gevinstbytte laseren, ble andelen spontan stråling i laserpulsformasjonsprosessen kraftig redusert, og reduserte effektivt pulsbredden på utgangslaseren og reduserte timingen av laserpulsen. Til slutt ble en nanosekundpuls 830 nm nær-infrarød laserutgang med en utgangseffekt på 7,75 W og en spektrumbredde på 400,93 MHz oppnådd, og standardavviket for pulstiming-jitteren var bare 2.285 ns. Denne studien gir en ny idé for å realisere en kompakt, høykraftig, høystabilitet smal-spektrumlaser uten låsekontroll.
Nær-infrarøde lyskilder (700 ~ 1000 nm) har blitt mye brukt i materialbehandling, biomedisin, miljøovervåking og lidar på grunn av deres utmerkede penetrasjon og lavspredningsegenskaper. Gjennom ikke-lineær frekvenskonverteringsteknologi kan dens utgangsbølgelengde utvides ytterligere til Terahertz, midtinfrarød, synlig lys og ultrafiolettbånd, for å imøtekomme behovene til diversifiserte applikasjoner som sikkerhetsdeteksjon, laserkommunikasjon, laserprojeksjon og litografi.
For tiden brukes vanligvis gevinstbytte titan-safirlasere for å oppnå høye kraft, smale spektrum nanosekundpuls nærinfrarød laserutgang. Imidlertid vil titan -safirkrystaller gi termiske effekter når de er pumpet med høy effekt, noe som seriøst begrenser utgangseffekten, konverteringseffektiviteten og bjelkekvaliteten til laseren. Når titan -safirlaseren drives med lav effekt, har pulstimingen alvorlig jitter på grunn av den lave pumpehastigheten. I tillegg er det også en effektiv metode for å generere nærinfrarød laserutgang. Selv om denne metoden ikke er begrenset av termiske effekter, på grunn av den iboende store akseptbåndbredden i fasematchingsprosessen, er spektralbredden på utgangssignallyset stor når den er pumpet med høy effekt. For effektivt å begrense den spektrale bredden, må den injiseres og låses ved hjelp av høykvalitets smale spektrumlasere, noe som ikke bare øker kostnadene for lyskilden, men også påvirker stabiliteten til systemet.
For å overvinne de nåværende tekniske vanskene, foreslo forskningsgruppen en metode for å oppnå høystabilitet smalt spektrum nærinfrarød laserutgang ved å blande stimulert emisjon og optiske parametriske prosesser. Først ble den dynamiske prosessen med laserpulsutgang før og etter innføringen av den optiske parametriske prosessen i den gevinstbytte Ti: Sapphire-laseren teoretisk analysert. Som vist i figur 1, i den gevinstbytte laseren, når forsterkningsmediet pumpes, blir de dopede ionene raskt distribuert til det øvre energinivået til laseren, og deretter dannes laserpulsutgangen under virkningen av spontan utslipp og stimulert utslipp; Og når den optiske parametriske prosessen blir introdusert i resonanshulen, kan den større ikke -lineære konverteringseffektiviteten til den optiske parametriske prosessen forbedre den stimulerte utslippshastigheten i laserpulsformasjonsprosessen og redusere andelen spontane utslippsbetingelser, slik at pulsen og pulsen og pulsen. Siden det ikke er noen forsinkelse mellom pumpelyset og signallyspulsen i den optiske parametriske prosessen, forbedres pulstiming -jitteret til utgangslaseren betydelig.
Forskningsgruppen designet en nesten-infrarød laser med blandet stimulert utslipp og optiske parametriske prosesser som vist i figur 2. Ti: Sapphire Crystal og LBO ikke-lineær krystall settes inn i et enkelt resonanshulrom som henholdsvis gevinstmedium og optisk parametrisk medium. For å fleksibelt kontrollere forsinkelsen mellom Ti: Sapphire -laser og signallyset til den parametriske prosessen, blir to sett med nanosekundpuls 532 nm lasere med en repetisjonsfrekvens på 6 kHz brukt som pumpekilder, og en forsinkelse/puls brukes. I tillegg, for å begrense spektrumbredden på Ti: safirlaser, settes etaloner med tykkelser på 0,5 mm og 10 mm og fire kombinerte birefringente filtre inn i resonanshulen. Til slutt settes en selvinjeksjonsreflektor inn etter utgangsspeilet for å sikre at forplantningsretningen til Ti: Sapphire som oscillerende lys i hulrommet er i samsvar med signallyset til den optiske parametriske prosessen.
I eksperimentet kontrolleres pulstimingen av de to pumpelysene av en forsinkelse/pulsgenerator, og tidsdomenegenskapene til utgangslaseren etter innføringen av den optiske parametriske prosessen er optimalisert, som vist i figur 3. Etter den optiske parametreringsprosessen i den gevinst-switchen-laseren som den optiske emneten er den optiske. Den optiske prosessen som den optiske. Pulsdannelsesprosessen til laseren, og forbedrer samtidig den stimulerte utslippshastigheten, slik at pulsbredden på utgangslaseren reduseres fra 66,3 ns til 18,9 ns, og pulsetableringstiden blir forkortet fra 372,9 ns til 310 ns. Samtidig, på grunn av karakteristikken for ingen forsinkelse mellom pumpelyset og signallyspulsen i den optiske parametriske prosessen, forbedres også pulstiming-jitteren til den gevinstbytte laseren betydelig, og standardavviket reduseres fra 9,926 ns til 2.285 ns.
Etter å ha introdusert den optiske parametriske prosessen i den gevinstbytte laseren og optimalisert tidspunktet for de to pumpelyspulsene, ble en laserutgang på 7,75 W 830 nm oppnådd endelig, og dens kraftstabilitet var bedre enn 0,85% (RMS), som vist i figur 4 (A); Langsgående modusegenskaper ble målt ved bruk av et skanning FP-hulrom (SA210-8b, Thorlabs), og resultatene viste at den kunne opprettholde god enkelt langsgående modusoperasjon ved maksimal utgangseffekt, som vist i figur 4 (b); Tverrgående modusegenskaper ble målt ved bruk av en bjelkekvalitetsanalysator (M2MSBC207VIS/M, Thorlabs), og strålekvaliteten M2 -faktoren var bedre enn henholdsvis 1,37 og 1,47 i x- og y -retningene, som vist i figur 4 (c). Samtidig, ved å synkront skanne innstillingsvinkelen til det birefringente filteret og temperaturen på LBO -krystallen, ble det oppnådd et bredt spekter av bølgelengdeinnstilling fra 764,90 nm til 873,43 nm, som vist i figur 4 (d).
····················································
Teamet skapte en metode for å oppnå høy stabilitet, høy energi nær infrarød laserutgang ved å blande stimulert utslipp og optiske parametriske prosesser, og realiserte en nesten infrarød laser med kompakt struktur, høy stabilitet og smal spektral bredde. Ved å introdusere den optiske parametriske prosessen i den gevinstbytte laserresonatoren, ble tidsdomenegenskapene til utgangslaseren kraftig forbedret. Til slutt ble en kompakt 830 nm nær infrarød laser med en maksimal utgangseffekt på 7,75 W og en spektral bredde på 400,93 MHz oppnådd, med en pulsbredde så smalt som 18,9 ns og et standardavvik for pulstiming jitter redusert til 2.285 ns.
