Kürzlich schlug die Forschungsgruppe von Professor Lu Huadong vom Institut für optoelektronik der Shanxi University innovativ eine Methode vor, um ein Hochstabilitätsschmalspektrum in der Nähe des Infrarots durch Mischen von Stimulierung der Emission und optischen parametrischen Prozesse zu erreichen. Durch die Einführung des optischen parametrischen Prozesses in die Resonanzhöhle des Verstärkungslasers wurde der Anteil der spontanen Strahlung im Laserimpulsbildungsprozess stark reduziert, wodurch die Impulsbreite des Ausgangslasers effektiv verengt wurde und das Timing-Jitter des Laser-Pulses verringert wurde. Schließlich wurde ein Nanosekunden-Impuls 830 nm Nahinfrarot-Laserausgang mit einer Ausgangsleistung von 7,75 W und einer Spektrumbreite von 400,93 MHz erhalten, und die Standardabweichung seines Puls-Timing-Jitters betrug nur 2,285 ns. Diese Studie liefert eine neue Idee, um einen kompakten, hohen Leistungsschmalspektrum-Laser mit hoher Stabilität ohne Verriegelung zu verwirklichen.
Nahinfrarot-Lichtquellen (700 ~ 1000 nm) wurden aufgrund ihrer hervorragenden Penetration und niedrigen Streumerkmale in großem Umfang in der Materialverarbeitung, Biomedizin, Umweltüberwachung und LiDAR eingesetzt. Durch die nichtlineare Frequenzkonvertierungstechnologie kann seine Ausgangswellenlänge auf Terahertz-, Mittelinfrarot-, sichtbare Licht- und Ultraviolett-Bänder ausgedehnt werden, um den Anforderungen diversifizierter Anwendungen wie Sicherheitserkennung, Laserkommunikation, Laserprojektion und Lithographie zu erfüllen.
Gegenwärtig werden in der Regel mit Gewinnschalttitan-Sapphire-Lasern verwendet, um Hochleistungs-Nanosekunden-Impuls mit schmalem Spektrum in der Nähe des Infrarotlasers zu erzielen. Titan -Saphirkristalle erzeugen jedoch bei hoher Leistung thermische Effekte, was die Ausgangsleistung, die Umwandlungseffizienz und die Strahlqualität des Lasers ernsthaft einschränkt. Wenn der Titan -Sapphire -Laser mit geringer Leistung betrieben wird, hat das Puls -Timing aufgrund der niedrigen Pumpenrate ein schwerwiegendes Jitter. Darüber hinaus ist die Verwendung von 532 nm Laser zur Pumpe optischen parametrischen Oszillatoren auch eine wirksame Methode, um den Laserausgang in der Nähe des Infrarots zu erzeugen. Obwohl diese Methode aufgrund der inhärenten großen Akzeptanzbandbreite des Phasenanpassungsprozesses nicht durch thermische Effekte eingeschränkt ist, ist die spektrale Breite des Ausgangssignalslichts bei hoher Leistung groß. Um die spektrale Breite effektiv zu vergrößern, muss sie mit Hilfe hochwertiger Schmalspektrum-Laser injiziert und gesperrt werden, was nicht nur die Kosten der Lichtquelle erhöht, sondern auch die Stabilität des Systems beeinflusst.
Um die aktuellen technischen Schwierigkeiten zu überwinden, schlug die Forschungsgruppe eine Methode vor, um ein Hochstabilitätsschmalspektrum in der Nähe des Infrarots durch Mischen stimulierter Emissions- und optischer parametrischer Prozesse zu erreichen. Zunächst wurde der dynamische Prozess des Laserimpuls-Ausgangs vor und nach der Einführung des optischen parametrischen Prozesss im Verstärkungsschalter Ti: Sapphire-Laser theoretisch analysiert. Wie in Abbildung 1 gezeigt, werden in dem Verstärkungslaser, wenn das Verstärkungsmedium gepumpt wird, die dotierten Ionen schnell mit dem oberen Energieniveau des Lasers eingesetzt, und dann wird der Laserimpulsausgang unter der Wirkung der spontanen Emission und der stimulierten Emission gebildet; Und wenn der optische parametrische Prozess in den Resonanzhohlraum eingeführt wird, kann die größere nichtlineare Umwandlungseffizienz des optischen parametrischen Prozesses die stimulierte Emissionsrate im Laserimpulsbildungsprozess verbessern und den Anteil der spontanen Emissionsbegriffe verringern, sodass der Impulszeit und die Impulse -Breithöhe des Output -Laser verkürzt werden. Da es im optischen parametrischen Prozess keine Verzögerung zwischen dem Pumpenlicht und dem Signallichtpuls gibt, wird der Puls -Timing -Jitter des Ausgangslasers erheblich verbessert.
Die Forschungsgruppe entwarf einen Nahinfrarotlaser mit gemischten stimulierten Emissions- und optischen parametrischen Prozessen, wie in Abbildung 2 gezeigt. Um die Verzögerung zwischen dem TI: Saphirlaser und dem Signallicht des parametrischen Prozesses flexibel zu steuern, werden zwei Sätze von Nanosekunden -Impuls 532 nm Lasern mit einer Wiederholungsfrequenz von 6 kHz als Pumpenquellen verwendet, und eine Verzögerung\/Pulsgenerator wird verwendet, um die Pulssequenzen der beiden Pumpenquellen zu lösen. Um die Spektrumbreite des Ti: Sapphire -Lasers einzugrenzen, werden Etalons mit Dicken von 0. 5 mm und 10 mm und vier kombinierte doppelbrechende Filter in die Resonanzhöhle eingefügt. Schließlich wird nach dem Ausgangsspiegel ein Selbsteinspritzreflektor eingeführt, um sicherzustellen, dass die Ausbreitungsrichtung des oszillierenden Lichts Ti: Saphir-Oszillationslicht im Hohlraum mit der des Signallichts des optischen parametrischen Prozesses übereinstimmt.
Im Experiment wird das Impulszeitpunkt der beiden Pumpenlichter durch einen Verzögerungs-\/Impulsgenerator gesteuert, und die Zeitdomäneneigenschaften des Ausgangslasers nach Einführung des optischen parametrischen Prozesses sind optimiert, wie in Abbildung 3 gezeigt. Nach dem optischen Parametrieprozess in den Verhältnis von Verhältnis-Laser, der durch den optischen Parametrizierprozess des Verhältnisses des Signals leuchtet, wird der optische Parametriesprozess stark reduziert. Impulsbildungsprozess des Lasers und gleichzeitig die stimulierte Emissionsrate, sodass die Impulsbreite des Ausgangslasers von 66,3 ns auf 18,9 ns reduziert wird und die Zeit der Impulsbetreuung von 372,9 ns auf 310 ns verkürzt wird. Gleichzeitig wird aufgrund der Merkmale einer Verzögerung zwischen der Pumpenlicht und dem Signallichtimpuls im optischen parametrischen Prozess auch der Puls-Timing-Jitter des Verstärkungslasers erheblich verbessert und die Standardabweichung von 9,926 ns auf 2,285 ns reduziert.
Nach der Einführung des optischen parametrischen Prozesses in den Verstärkungslaser und die Optimierung des Zeitpunkts der beiden Pumpenlichtimpulse wurde schließlich eine Laserausgabe von 7,75 W 83 0 nm erreicht, und seine Leistungsstabilität war besser als 0,85% (RMS), wie in Abbildung 4 (A) gezeigt, gezeigt. Die Merkmale der Längsmodus wurden unter Verwendung eines Scan -FP -Hohlraums (SA 210-8 B, Thorlabs) gemessen, und die Ergebnisse zeigten, dass sie bei der maximalen Ausgangsleistung einen guten Längsschnittmodusbetrieb bei der maximalen Ausgangsleistung beibehalten konnten, wie in 4 (b) gezeigt; Die Quermoduseigenschaften wurden unter Verwendung eines Strahlqualitätsanalysators (M2MSBC207vis\/M, Thorlabs) gemessen und der M2 -Faktor der Strahlqualität war in den x- und y -Richtungen besser als 1,37 und 1,47, wie in 4 (c) gezeigt. Gleichzeitig wurde durch synchrones Scannen des Stimmwinkels des doppelbrechenden Filters und der Temperatur des LBO -Kristalls ein weiter Wellenlängenabstimmungsbereich von 764,90 nm bis 873,43 nm erreicht, wie in Abbildung 4 (D) gezeigt.
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Das Team erstellte eine Methode, um eine hohe Stabilität und energiereiche Nahinfrarot-Laserleistung durch Mischen von Stimuled Emission und optischen parametrischen Prozessen zu erzielen, und realisierte einen nahe Infrarotlaser mit kompakter Struktur, hoher Stabilität und schmaler Spektralbreite. Durch die Einführung des optischen parametrischen Prozesses in den Verstärkungslaserresonator wurden die Zeitdomäneneigenschaften des Ausgangslasers erheblich verbessert. Schließlich wurde ein kompakter 830-nm-Nahinfrarotlaser mit einer maximalen Ausgangsleistung von 7,75 W und einer spektralen Breite von 400,93 MHz erreicht, wobei eine Impulsbreite von nur 18,9 ns und eine Standardabweichung des Puls-Timing-Jitters auf 2,285 ns reduziert wurde.
