For nylig foreslog forskningsgruppen af professor Lu Huadong fra Institute of Optoelectronics fra Shanxi University innovativt en metode til at opnå smalspektret med høj stabilitet nær infrarød laserproduktion ved at blande stimuleret emission og optiske parametriske processer. Ved at introducere den optiske parametriske proces i resonanshulen i den forstærkede laser blev andelen af spontan stråling i laserpulsdannelsesprocessen kraftigt reduceret, hvilket effektivt indsnævrede pulsbredden af outputlaseren og reducerede timing-jitteret for laserpulsen. Endelig blev en nanosekund puls 830 nm nær-infrarød laserudgang med en udgangseffekt på 7,75 W og en spektrumbredde på 400,93 MHz opnået, og standardafvigelsen for dens puls-timing-jitter var kun 2,285 ns. Denne undersøgelse giver en ny idé til at realisere en kompakt, høje effekt, smalspektret laser med høj effekt uden at låse kontrol.
Næsten-infrarøde lyskilder (700 ~ 1000 nm) er blevet vidt brugt i materialerforarbejdning, biomedicin, miljøovervågning og lidar på grund af deres fremragende penetration og lave spredningsegenskaber. Gennem ikke-lineær frekvensomdannelsesteknologi kan dens udgangsbølgelængde udvides yderligere til Terahertz, midt-infrarød, synligt lys og ultraviolette bånd for at imødekomme behovene i diversificerede applikationer såsom sikkerhedsdetektion, laserkommunikation, laserprojektion og litografi.
På nuværende tidspunkt bruges gevinst-switched titanium-safirlasere normalt til at opnå højeffekt, smalspektret nanosekundpulse nær-infrarød laserudgang. Imidlertid vil titanium safirkrystaller give termiske effekter, når de pumpes ved høj effekt, hvilket alvorligt begrænser udgangseffekten, konverteringseffektiviteten og strålekvaliteten på laseren. Når Titanium Sapphire Laser betjenes ved lav effekt, har puls -timingen alvorlig jitter på grund af den lave pumpningshastighed. Derudover er det også en effektiv metode til at generere næsten infrarød laserudgang at bruge 532 nm laser til at pumpe optiske parametriske oscillatorer. Selvom denne metode ikke er begrænset af termiske effekter på grund af den iboende store acceptbåndbredde af fasematchningsprocessen, er den spektrale bredde af udgangssignallyset stor, når den pumpes ved høj effekt. For effektivt at indsnævre sin spektrale bredde, skal den injiceres og låses ved hjælp af smalspektret lasere af høj kvalitet, som ikke kun øger omkostningerne ved lyskilden, men også påvirker systemets stabilitet.
For at overvinde de aktuelle tekniske vanskeligheder foreslog forskningsgruppen en metode til at opnå smalspektret med høj størrelse næsten infrarød laserproduktion ved at blande stimuleret emission og optiske parametriske processer. Først blev den dynamiske proces med laserpulsudgang før og efter introduktionen af den optiske parametriske proces i den forstærkede Ti: Sapphire-laser teoretisk analyseret. Som vist i figur 1, i den forstærkede laser, når forstærkningsmediet pumpes, indsættes de dopede ioner hurtigt til det øverste energiniveau af laseren, og derefter dannes laserpulsudgangen under virkning af spontan emission og stimuleret emission; Og når den optiske parametriske proces indføres i resonanshulen, kan den større ikke -lineære konverteringseffektivitet af den optiske parametriske proces forbedre den stimulerede emissionshastighed i laserpulsdannelsesprocessen og reducere andelen af spontane emissionsbetingelser, således at pulsinstitutionstiden og pulsbredden af udgangslaseren forkorter. Da der ikke er nogen forsinkelse mellem pumpelyset og signallyspulsen i den optiske parametriske proces, forbedres puls -timing -jitteret for udgangslaseren markant.
Forskningsgruppen designet en næsten infrarød laser med blandet stimuleret emission og optiske parametriske processer som vist i figur 2. Ti: safir krystal og LBO ikke-lineær krystal indsættes i henholdsvis et enkelt resonanshulrum som forstærkningsmedium og optisk parametrisk medium. For at fleksibelt kontrollere forsinkelsen mellem Ti: safirlaser og signallyset i den parametriske proces, bruges to sæt nanosekundpuls 532 nm lasere med en gentagelsesfrekvens af 6 kHz som pumpekilder, og en forsinkelses/pulsgenerator bruges til synkronisk udløser pulsekvenserne af de to pumpesure og kontrollerer og kontrollerer. For at indsnævre spektrumbredden af Ti: safirlaser indsættes etaloner med tykkelser på 0,5 mm og 10 mm og fire kombinerede birefringente filtre i resonanshulen. Endelig indsættes en selvindsprøjtningsreflektor efter udgangsspejlet for at sikre, at forplantningsretningen af TI: safir oscillerende lys i hulrummet er i overensstemmelse med signallyset i den optiske parametriske proces.
I eksperimentet kontrolleres pulsstimingen af de to pumpelys af en forsinkelses-/pulsgenerator, og tidsdomænekarakteristika for outputlaseren efter introduktionen af den optiske parametriske proces er optimeret, som vist i figur 3. efter den optiske parametriske proces, der er indført i den forstærkede switched laser, udgør signallyset genereret af den optiske parametriske proces, der reduceres i vid udstrækning, hvilket udsættes for den spiritiske laser. Pulsdannelsesproces for laseren og forbedrer samtidig den stimulerede emissionshastighed, så pulsbredden på output -laseren reduceres fra 66,3 ns til 18,9 ns, og pulsinstitutionstiden forkortes fra 372,9 ns til 310 ns. På samme tid på grund af karakteristikken ved ingen forsinkelse mellem pumpelyset og signallyspulsen i den optiske parametriske proces forbedres puls-timing-jitteren for den forstærkede laser også markant, og dens standardafvigelse reduceres fra 9.926 NS til 2.285 ns.
Efter introduktion af den optiske parametriske proces i den forstærkede laser og optimeret tidspunktet for de to pumpe-lysimpulser, blev der endelig opnået en 7,75 W 830 nm laserudgang, og dens kraftstabilitet var bedre end 0,85% (RMS), som vist i figur 4 (a); Karakteristika for langsgående tilstand blev målt under anvendelse af et scanning af FP-hulrum (SA210-8B, Thorlabs), og resultaterne viste, at det kunne opretholde god enkelt langsgående tilstand drift ved den maksimale udgangseffekt, som vist i figur 4 (b); Tværgående tilstandskarakteristika blev målt under anvendelse af en stråkvalitetsanalysator (M2MSBC207VIS/M, Thorlabs), og bjælkekvaliteten M2 -faktor var bedre end 1,37 og 1,47 i henholdsvis X- og Y -retningen som vist i figur 4 (C). På samme tid, ved synkront at scanne tuningvinklen på det birefringente filter og temperaturen på LBO -krystallen, blev der opnået en lang række bølgelængdeindstilling fra 764,90 nm til 873,43 nm, som vist i figur 4 (d).
····················································
Holdet skabte en metode til at opnå højstabilitet, højenergi nær-infrarød laserudgang ved at blande stimuleret emission og optiske parametriske processer og realiserede en næsten infrarød laser med kompakt struktur, høj stabilitet og smal spektral bredde. Ved at introducere den optiske parametriske proces i den forstærkede laserresonator, blev tidsdomænegenskaberne for output-laseren meget forbedret. Endelig blev en kompakt 830 nm nær-infrarød laser med en maksimal udgangseffekt på 7,75 W og en spektral bredde på 400,93 MHz opnået med en pulsbredde så smal som 18,9 ns og en standardafvigelse af Puls-timing Jitter reduceret til 2.285 ns.
