რეჟიმის ფიქსირებით ფურცლის ლაზერი, სიმძლავრის მაღალი ენერგიის ულტრასწრაფი ლაზერი

მაღალი სიმძლავრის ფემტოწამილაზერიდიდი გამოყენების ღირებულება აქვს სამეცნიერო კვლევასა და სამრეწველო სფეროებში, როგორიცაა ტერაჰერცული გენერაცია, ატოწამიანი იმპულსების გენერაცია და ოპტიკური სიხშირის სავარცხელი.მოდ-დაბლოკილი ლაზერებიტრადიციულ ბლოკ-გამაძლიერებელ მედიაზე დაფუძნებული მოწყობილობები შეზღუდულია მაღალი სიმძლავრის დროს თერმული ლინზირების ეფექტით და ამჟამად მაქსიმალური გამომავალი სიმძლავრე დაახლოებით 20 ვატია.

თხელი ფურცლის ლაზერი იყენებს მრავალგამტარ ტუმბოს სტრუქტურას, რათა ასახოსტუმბოს ნათურამაღალი ეფექტურობის ტუმბოს შთანთქმისთვის 100 მიკრონის სისქის ფურცლოვანი გამაძლიერებელი გარემო. უკიდურესად თხელი გამაძლიერებელი გარემო უკუგაგრილების ტექნოლოგიასთან ერთად მნიშვნელოვნად ამცირებს თერმული ლინზის ეფექტისა და არაწრფივი ეფექტის გავლენას და საშუალებას იძლევა მიღწეულ იქნას უფრო მაღალი სიმძლავრის ფემტოწამიანი იმპულსური გამომავალი.
ვაფლის ოსცილატორები კერის ლინზის რეჟიმის ფიქსაციის ტექნოლოგიასთან ერთად წარმოადგენს ფემტოწამების რიგის იმპულსის სიგანით მაღალი საშუალო სიმძლავრის ლაზერული გამომავალი სიგნალის მიღების მთავარ საშუალებას.

სურ. 1 (ა) 72 ოპტიკური სტრუქტურის დიაგრამა და (ბ) ტუმბოს მოდულის ფიზიკური დიაგრამა

ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის მკვლევართა ჯგუფმა დააპროექტა და ააგო Kerr-ის ლინზის რეჟიმით დაბლოკილი ფურცლოვანი ლაზერი, რომელიც დაფუძნებულია საკუთარ მიერ შემუშავებულ 72-გზიან ტუმბოს მოდულზე და შეიმუშავა Kerr-ის ლინზის რეჟიმით დაბლოკილი ფურცლოვანი ლაზერი ჩინეთში ყველაზე მაღალი საშუალო სიმძლავრითა და ერთპულსური ენერგიით.
კერის ლინზის რეჟიმის ფიქსაციის პრინციპსა და ABCD მატრიცის იტერაციულ გამოთვლაზე დაყრდნობით, კვლევის ჯგუფმა თავდაპირველად გააანალიზა თხელი ფირფიტის კერის ლინზის რეჟიმის ფიქსაციის ლაზერის რეჟიმის ფიქსაციის თეორია, მოახდინა რეზონატორში რეჟიმის ცვლილებების სიმულირება რეჟიმის ფიქსაციის ოპერაციისა და უწყვეტი მუშაობის დროს და დაადასტურა, რომ მყარი დიაფრაგმის ღრუს რეჟიმის რადიუსი რეჟიმის ფიქსაციის შემდეგ 7%-ზე მეტით შემცირდება.

შემდგომში, დიზაინის პრინციპით ხელმძღვანელობით, კვლევის ჯგუფმა დააპროექტა და ააგო კერის ლინზის რეჟიმით დაბლოკილი რეზონატორი (სურ. 2), რომელიც დაფუძნებულია ჯგუფის მიერ დამოუკიდებლად შემუშავებულ 72-გზიან ტუმბოს მოდულს (სურ. 1), და მიიღო იმპულსური ლაზერული გამომავალი სიგნალი საშუალო სიმძლავრით 11.78 ვატი, იმპულსის სიგანით 245 ფ/წმ და ერთი იმპულსის ენერგიით 0.14 მკჯ 72 ვატიანი ტუმბოს დროს. გამომავალი იმპულსის სიგანე და ღრუშიდა რეჟიმის ვარიაცია კარგად შეესაბამება სიმულაციის შედეგებს.

სურ. 2. ექსპერიმენტში გამოყენებული კერის ლინზის რეჟიმით დაბლოკილი Yb:YAG ვაფლის ლაზერის რეზონანსული ღრუს სქემატური დიაგრამა.

ლაზერის გამომავალი სიმძლავრის გასაუმჯობესებლად, კვლევის ჯგუფმა გაზარდა ფოკუსირების სარკის სიმრუდის რადიუსი და დახვეწა კერის საშუალო სისქე და მეორე რიგის დისპერსია. როდესაც ტუმბოს სიმძლავრე 94 ვატზე დაყენდა, საშუალო გამომავალი სიმძლავრე გაიზარდა 22.33 ვატამდე, იმპულსის სიგანე იყო 394 ფ/წმ, ხოლო ერთი იმპულსის ენერგია - 0.28 μJ.

გამომავალი სიმძლავრის კიდევ უფრო გაზრდის მიზნით, კვლევითი ჯგუფი კიდევ უფრო გაზრდის ფოკუსირებული ჩაზნექილი სარკის წყვილის სიმრუდის რადიუსს, ამავდროულად რეზონატორს დაბალი ვაკუუმის დახურულ გარემოში მოათავსებს, რათა შემცირდეს ჰაერის დარღვევისა და ჰაერის დისპერსიის გავლენა.