उच्च शक्ति वाले अल्ट्राफास्ट लेजर का उपयोग उन्नत विनिर्माण, सूचना, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, बायोमेडिसिन, राष्ट्रीय रक्षा और सैन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है, और संबंधित वैज्ञानिक अनुसंधान राष्ट्रीय वैज्ञानिक और तकनीकी नवाचार और उच्च गुणवत्ता वाले विकास को बढ़ावा देने के लिए महत्वपूर्ण है। पतले-खंड लेजर सिस्टम का उपयोग उन्नत विनिर्माण, सूचना, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, बायोमेडिकल, रक्षा और सैन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है...
उच्च शक्ति वाले अल्ट्राफास्ट लेजर का उपयोग उन्नत विनिर्माण, सूचना, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, बायोमेडिकल, राष्ट्रीय रक्षा और सैन्य क्षेत्रों आदि में व्यापक रूप से किया जाता है। संबंधित वैज्ञानिक अनुसंधान राष्ट्रीय वैज्ञानिक और तकनीकी नवाचार और उच्च गुणवत्ता वाले विकास को बढ़ावा देने के लिए महत्वपूर्ण है। अपनी उच्च औसत शक्ति, बड़ी पल्स ऊर्जा और उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता के कारण, पतली फिल्म लेजर प्रणाली की वैज्ञानिक और औद्योगिक क्षेत्रों जैसे कि एटोसेकंड भौतिकी और सामग्री प्रसंस्करण में बहुत मांग है, और दुनिया भर के देशों से व्यापक ध्यान प्राप्त हुआ है। हालाँकि, वर्तमान में, पतली फिल्म लाभ डिवाइस तैयारी, शीतलन प्रणाली डिजाइन और पैकेजिंग, और मल्टी-स्ट्रोक पंपिंग सिस्टम जैसी प्रमुख तकनीकों में अभी भी कमियाँ हैं, जो चीन में उच्च शक्ति वाले अल्ट्राफास्ट पतली फिल्म लेजर के आगे के विकास को गंभीर रूप से सीमित करती हैं।
Funded by the National Key Research and Development Program of China (No.2022YFB3605800), the team of Prof. Shuangchen Ruan and Associate Prof. Xing Liu from Shenzhen University of Technology (SZUT) has recently achieved a high-performance (high-stability, high-power, high-beam-quality, and high-efficiency) ultra-fast thin-film laser output by adopting self-developed thin-film module and regenerative amplification technology. By designing the regenerative amplification cavity and controlling the surface temperature and mechanical stability of the disk crystal inside the cavity, a laser output with a single pulse energy >300 μJ, पल्स चौड़ाई<7 ps, and an average power >150 W प्राप्त किया गया, जिसमें अधिकतम ऑप्टिकल-टू-ऑप्टिकल रूपांतरण दक्षता 61% थी, जो अल्ट्रा-फास्ट पतली-फिल्म के पुनर्योजी प्रवर्धन द्वारा आज तक रिपोर्ट की गई उच्चतम ऑप्टिकल-टू-ऑप्टिकल रूपांतरण दक्षता भी है, और इसका बीम गुणवत्ता कारक M2 है।<1.06@150W, 8h stability RMS, and a beam quality factor of M2<1.06@150W. 150W, 8h stability RMS<0.33%, which marks an important progress in high-performance ultrafast thin-film lasers, which will provide more possibilities for high-power ultrafast laser applications.
परिणाम हाई पावर लेजर साइंस एंड इंजीनियरिंग, वॉल्यूम 2, नंबर 2, 2024 (सिझी जू, यूबो गाओ, जिंग लियू, येवांग चेन, डेकिन ओयांग, जुनकिंग झाओ, मिनकिउ लियू, जू वू, चुन्यु गुओ, कैंगटांग वू और येवांग चेन) में प्रकाशित हुए। चुन्यु गुओ, कैंगटाओ झोउ, किताओ ल्यू, शुआंगचेन रुआन। उच्च-पुनरावृत्ति-दर और उच्च-शक्ति कुशल पिकोसेकंड पतली-डिस्क पुनर्योजी एम्पलीफायर [जे]। हाई पावर लेजर साइंस एंड इंजीनियरिंग, 2024, 12(2): 02000e14)।
उच्च भारी आवृत्ति और उच्च शक्ति पतली डिस्क पुनर्योजी प्रवर्धक प्रणाली
चित्र 1 पतली परत पुनर्योजी प्रवर्धन प्रणाली
पतली परत वाले लेजर एम्पलीफायर की संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है। इसमें एक फाइबर बीज स्रोत, एक पतली फिल्म लेजर हेड और एक पुनर्योजी प्रवर्धन गुहा शामिल है। बीज स्रोत एक यटरबियम-डोप्ड फाइबर ऑसिलेटर है जिसकी औसत शक्ति 15 mW, 1030 nm की केंद्रीय तरंग दैर्ध्य, 7.1 ps की पल्स चौड़ाई और 30 MHz की पुनरावृत्ति आवृत्ति है। पतली फिल्म वाले लेजर हेड में 8.8 मिमी व्यास और 150 µm की मोटाई वाले एक होममेड Yb: YAG क्रिस्टल और एक 48-स्ट्रोक पंपिंग सिस्टम का उपयोग किया गया है। पंप स्रोत 969 nm तरंग दैर्ध्य-लॉक की गई शून्य-फोनन लाइन LD का उपयोग करता है, जो क्वांटम दोष को 5.8% तक कम करता है। एक अनूठी गर्मी अपव्यय संरचना लैमेलर क्रिस्टल को प्रभावी ढंग से ठंडा करती है और पुनर्जनन गुहा की स्थिरता सुनिश्चित करती है। पुनर्योजी प्रवर्धन गुहा में पॉकेल्स सेल (पीसी), थिन फिल्म पोलराइज़र (टीएफपी), क्वार्टर-वेव प्लेट्स (क्यूडब्ल्यूपी) और एक अत्यधिक स्थिर अनुनाद गुहा शामिल है। प्रवर्धित प्रकाश को उलटने और बीज स्रोत को नुकसान पहुंचाने से रोकने के लिए एक आइसोलेटर (आइसोलेटर) का उपयोग किया जाता है। TFP1, रोटेटर और हाफ-वेव प्लेट्स (HWP) से युक्त आइसोलेटर संरचना का उपयोग प्रवर्धित पल्स से इनपुट बीज को अलग करने के लिए किया जाता है। बीज पल्स TFP2 के माध्यम से पुनर्योजी प्रवर्धन कक्ष में प्रवेश करता है। एक बेरियम बायस बोरेट (BBO) क्रिस्टल, PC और QWP मिलकर एक ऑप्टिकल स्विच बनाते हैं, और PC पर एक आवधिक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है ताकि बीज पल्स को चुनिंदा रूप से कैप्चर किया जा सके ताकि इसे गुहा के माध्यम से आगे और पीछे प्रसारित किया जा सके। राउंड-ट्रिप प्रसार के दौरान प्रभावी प्रवर्धन के लिए पुकेल बॉक्स वोल्टेज एप्लिकेशन अवधि की बारीक ट्यूनिंग द्वारा वांछित पल्स को गुहा में दोलन किया जाता है।
चित्र 2 पतली फिल्म के लिए पुनर्योजी प्रवर्धक प्रणाली का आउटपुट प्रदर्शन
1 मेगाहर्ट्ज पर, पुनर्योजी प्रवर्धक में 154.1 W की अधिकतम आउटपुट शक्ति, 61% तक की ऑप्टिकल-टू-ऑप्टिकल रूपांतरण दक्षता, उच्चतम शक्ति पर MX2=1.05 और MY2=1.06 का बीम गुणवत्ता कारक, और RMS < 0.33% की 8-घंटे की शक्ति स्थिरता होती है।
