Recentemente, il gruppo di ricerca del professor Lu Huadong dell'Institute of Optoelectronics dell'Università di Shanxi ha proposto innovatamente un metodo per ottenere un'output laser a livello stretto a livello stretto ad alta stabilità. Introducendo il processo parametrico ottico nella cavità di risonanza del laser a commutazione del guadagno, la proporzione di radiazioni spontanee nel processo di formazione dell'impulso laser è stata notevolmente ridotta, restringendo efficacemente la larghezza dell'impulso del laser di uscita e riducendo il jitter di temporizzazione dell'impulso del laser. Infine, è stato ottenuto un impulso nanosecondo da 830 nm in uscita laser a infrarossi con una potenza di uscita di 7,75 W ed una larghezza dello spettro di 400,93 MHz e la deviazione standard del suo jitter di temporizzazione dell'impulso era di soli 2,285 ns. Questo studio fornisce una nuova idea per la realizzazione di un laser compatto, ad alta potenza e ad alta stabilità senza blocco senza controllo.
Le fonti di luce a infrarossi vicine (700 ~ 1000 nm) sono state ampiamente utilizzate nella lavorazione dei materiali, nella biomedicina, nel monitoraggio ambientale e nel lidar grazie alla loro eccellente penetrazione e a basse caratteristiche di scattering. Attraverso la tecnologia di conversione della frequenza non lineare, la sua lunghezza d'onda di uscita può essere ulteriormente estesa a terahertz, a medio infrarossi, a bande di luce visibile e ultraviolette, in modo da soddisfare le esigenze di applicazioni diversificate come rilevamento della sicurezza, comunicazione laser, proiezione laser e litografia.
Allo stato attuale, i laser in zaffiro in titanio a commutazione di guadagno vengono generalmente utilizzati per ottenere un'uscita laser a fulmini ad alta potenza ad alta potenza, a impulso a spettro a spettro. Tuttavia, i cristalli di zaffiro in titanio produrranno effetti termici quando pompati ad alta potenza, il che limita seriamente la potenza di uscita, l'efficienza di conversione e la qualità del raggio del laser. Quando il laser in zaffiro in titanio viene utilizzato a bassa potenza, i tempi di impulso hanno un serio jitter a causa della bassa velocità di pompaggio. Inoltre, l'utilizzo di laser a 532 nm per pompare oscillatori parametrici ottici è anche un metodo efficace per generare output laser a infrarossi vicino. Sebbene questo metodo non sia limitato dagli effetti termici, a causa della grande larghezza di banda di accettazione inerente del processo di corrispondenza della fase, la larghezza spettrale della luce del segnale di uscita è grande quando pompata ad alta potenza. Al fine di restringere efficacemente la sua larghezza spettrale, deve essere iniettata e bloccato con l'aiuto di laser a spettro stretto di alta qualità, che non solo aumentano il costo della sorgente di luce, ma influenza anche la stabilità del sistema.
Al fine di superare le attuali difficoltà tecniche, il gruppo di ricerca ha proposto un metodo per ottenere un'output laser a infrarossi vicino a spettro ad alta stabilità mescolando emissioni stimolate e processi parametrici ottici. Innanzitutto, il processo dinamico dell'output dell'impulso laser prima e dopo l'introduzione del processo parametrico ottico nel laser TI: Sapphire è stato analizzato teoricamente. Come mostrato nella Figura 1, nel laser a commutazione del guadagno, quando il mezzo di guadagno viene pompato, gli ioni drogati vengono rapidamente distribuiti al livello di energia superiore del laser, e quindi l'uscita dell'impulso laser viene formata sotto l'azione dell'emissione spontanea e dell'emissione stimolata; E quando il processo parametrico ottico viene introdotto nella cavità di risonanza, la maggiore efficienza di conversione non lineare del processo parametrico ottico può migliorare la velocità di emissione stimolata nel processo di formazione dell'impulso laser e ridurre la proporzione dei termini di emissione spontanea, in modo che il tempo di stabilimento del polso e la larghezza del polso sono accorciati. Inoltre, poiché non vi è alcun ritardo tra la luce della pompa e l'impulso della luce del segnale nel processo parametrico ottico, il jitter di temporizzazione dell'impulso del laser di uscita è significativamente migliorato.
Il gruppo di ricerca ha progettato un laser a infrarossi vicini con emissione stimolata mista e processi parametrici ottici, come mostrato nella Figura 2. Ti: Crystal Sapphire e LBO Crystal non lineari sono inseriti in una singola cavità risonante come mezzo di guadagno e mezzo parametrico ottico, rispettivamente. Per controllare in modo flessibile il ritardo tra il Laser di zaffiro e la luce del segnale del processo parametrico, due set di laser a impulso da 532 nm di nanosecondi con una frequenza di ripetizione di 6 kHz sono usate come fonti di pompa e un generatore di impulsi. Inoltre, al fine di restringere la larghezza dello spettro del laser di Ti: Sapphire, etalon con spessori di 0,5 mm e 10 mm e quattro filtri birifrangenti combinati vengono inseriti nella cavità risonante. Infine, un riflettore di autoiniezione viene inserito dopo lo specchio di uscita per garantire che la direzione di propagazione della luce oscillante TI: Sapphire nella cavità sia coerente con quella della luce del segnale del processo parametrico ottico.
Nell'esperimento, la tempistica dell'impulso delle due luci della pompa è controllata da un generatore di ritardo/impulso e le caratteristiche del dominio del tempo del laser di uscita dopo l'introduzione del processo parametrico ottico sono ottimizzate, come mostrato nella Figura 3. Dopo il processo parametrico ottico in cui è stato introdotto il processo emistico del parametro ottico nell'adempimento emistico e il processo di riduzione emistica del parametrico spontarno Processo di formazione dell'impulso del laser e allo stesso tempo migliora la velocità di emissione stimolata, in modo che la larghezza dell'impulso del laser di uscita sia ridotta da 66,3 ns a 18,9 ns e il tempo di stabilimento degli impulsi sia ridotto da 372,9 ns a 310 ns. Allo stesso tempo, a causa della caratteristica di nessun ritardo tra la luce della pompa e l'impulso della luce del segnale nel processo parametrico ottico, anche il jitter di cronometro del impulso del laser a commutazione del guadagno è significativamente migliorato e la sua deviazione standard è ridotta da 9,926 ns a 2,285 ns.
Dopo aver introdotto il processo parametrico ottico nel laser a commutazione del guadagno e l'ottimizzazione dei tempi dei due impulsi di luce della pompa, è stata finalmente raggiunta una produzione laser da 7,75 W 830 nm e la sua stabilità di potenza era migliore dello 0,85% (RMS), come mostrato nella Figura 4 (a); Le caratteristiche della modalità longitudinale sono state misurate utilizzando una cavità FP a scansione (SA210-8B, Thorlabs) e i risultati hanno mostrato che poteva mantenere un buon funzionamento in modalità longitudinale singola alla massima potenza di uscita, come mostrato nella Figura 4 (b); Le caratteristiche della modalità trasversale sono state misurate utilizzando un analizzatore di qualità del fascio (M2MSBC207Vis/M, Thorlabs) e il fattore M2 di qualità del raggio era migliore di 1,37 e 1,47 nelle direzioni X e Y, rispettivamente, come mostrato nella Figura 4 (c). Allo stesso tempo, scansionando sincrono l'angolo di sintonia del filtro birifrangente e la temperatura del cristallo LBO, è stata raggiunta una vasta gamma di accordatura della lunghezza d'onda da 764,90 nm a 873,43 nm, come mostrato nella Figura 4 (d).
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Il team ha creato un metodo per ottenere un'output laser ad alta energia e ad alta energia, miscelando l'emissione stimolata e i processi parametrici ottici e ha realizzato un laser a infrarossi vicini con struttura compatta, alta stabilità e larghezza spettrale stretta. Introducendo il processo parametrico ottico nel risonatore laser a commutazione del guadagno, le caratteristiche del dominio del tempo del laser di uscita sono state notevolmente migliorate. Infine, è stato raggiunto un laser a infrarossi vicino a 830 nm compatto con una potenza di uscita massima di 7,75 W e una larghezza spettrale di 400,93 MHz, con una larghezza di impulso stretta di 18,9 ns e una deviazione standard del jitter di temporizzazione di impulsi ridotto a 2,285 ns.
