Mae gan y laser isgoch canol 2um-5um ei gymwysiadau unigryw ei hun: mae'r band hwn yn gorchuddio sawl ffenestr atmosfferig, gan ei wneud yn ddefnyddiol ar gyfer LIDAR, cyfathrebu atmosfferig, amrediad laser, graddnodi sbectromedrau seryddol cydraniad uchel iawn, a chanfod optoelectroneg, ac ati [1]; mae'r band canol-is-goch yn cynnwys y llinellau sbectrol nodweddiadol a elwir yn "olion bysedd moleciwlaidd", y gellir eu defnyddio ar gyfer cyflymder uchel, cydraniad uchel, sensitifrwydd sbectrol uchel, cymhareb signal-i-sŵn uchel y mesuriad sbectrosgopeg canol-isgoch [2] ; mae gan moleciwlau dŵr yng nghyffiniau 3um uchafbwynt amsugno cryf fel y gellir ei ddefnyddio mewn llawer o weithrediadau meddygol; wedi'i leoli yn bondio cofalent moleciwlaidd y band sbectrol amsugno, y gellir ei ddefnyddio ar gyfer canfod cynnwys moleciwlaidd a math moleciwlaidd o adnabod, i gyflawni'r delweddu moleciwlaidd ac yn y blaen.
Mae ffynonellau laser isgoch canol sydd ar gael yn fasnachol yn cynnwys laserau oscillaidd parametrig OPO, ffynonellau golau sbectrol supercontinwwm, laserau rhaeadru cwantwm, a laserau ffibr.
Gellir rhannu'r laser ffibr canol-isgoch, yn ôl gwireddu'r ffibr canol-isgoch yn agweddau gweithredol a goddefol, yn bennaf gan gynnwys y laser isgoch canol yn seiliedig ar ddaear prin doped, megis Er3 plus, Dy3 ynghyd â laser ffibr doped ZBLAN ; laser isgoch canol yn seiliedig ar yr effaith aflinol, megis y laser Raman, y sbectrwm super-continwwm y laser; yn seiliedig ar y ffibr optegol gwag-craidd gyda strwythur waveguide arbennig, gyda'r nwyon gwahanol i gyflawni tonfeddi gwahanol. Tonfeddi gwahanol y laser isgoch canol. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad parhaus ac aeddfedrwydd technoleg laser ffibr, mae'r ymchwil o amgylch y dechnoleg laser isgoch canol yn boeth, mae arbrofion cysylltiedig ac adroddiadau cynnyrch yn ddiddiwedd, a dyma ni ond yn trafod y tonfedd sengl canol-goch laser ffibr seiliedig ar laser. ar ennill ffibr gweithredol.
Er: ffibr optig ZBLAN
Er bod gan elfen ddaear prin strwythur lefel egni cyfoethog, mae'r gronynnau'n gyffrous i lefelau egni uwch trwy amsugno cyflwr y ddaear ar donfeddi pwmp o 655 nm, 790 nm, a 980 nm, a gellir cynhyrchu allyriadau 1.55 um trwy drosglwyddo ymbelydrol o Lefel ynni 4I13/2 i lefel ynni 4I15/2, a 2.8 um allyriadau trwy drosglwyddo o lefel ynni 4I11/2 i lefel ynni 4I13/2. Gall y naid gronynnau o lefel egni 4F9/2 i lefel egni 4I9/2 gynhyrchu allyriadau 3.5um. Ar hyn o bryd, mae'n ddull cymharol brif ffrwd i gael 2.8um lasing o grynodiad uchel wedi'i dopio Er: ffibrau ZBLAN [4]
Defnyddir ffibr fflworid ar gyfer allbwn golau 2-3um, defnyddir ffibr sylffid ar gyfer 3-6.5um allbwn golau, a gall tonfeddi hirach na 6.5wm fod yn allbwn gyda ffibr halid. Mae ffibr fflworid yn bennaf yn fflworid alwminiwm (AlF3), ZBLAN (53 y cant ZrF4-20 y cant BaF2-4 y cant LaF3-3 y cant AlF3-20 y cant NaF) neu fflworid indiwm (InF3) , ac ati fel y deunydd matrics o ffibr gwydr fflworid aml-gydran. Mae un o'r ZBLAN yn ffibr optegol a ddefnyddir yn fwy cyffredin ar hyn o bryd, gellir cyflawni dopio daear prin, oherwydd mae ei broses splicing ymasiad â ffibr optegol sy'n seiliedig ar silicon yn gymharol aeddfed, gellir defnyddio peiriannau splicing ymasiad ffibr optegol masnachol, gellir defnyddio ffibr InF ac AlF. a ddefnyddir fel dyfais ffibr optig (fel combiner beam) a chynhyrchu capiau diwedd ffibr optig. Ond yn hawdd i'w lleithder yw prif anfantais ffibr fflworid.
2.8um laser ffibr parhaus canol-goch
Ym 1988, adroddodd Brierley am y 2.7um Er3 cyntaf ynghyd â laser ffibr doped[5] .
Ym 1999, llwyddodd pŵer allbwn laser ffibr Er:ZBLAN i dorri tir newydd yn y raddfa wat, a chyflawnodd Jackson et al[6] allbwn laser o 1.7 W gan ddefnyddio Er3 plus / Pr3 ynghyd â ffibr ZBLAN wedi'i gyd-dopio.
Yn yr 21ain ganrif, gyda datblygiad technoleg paratoi ffibr a thechnoleg laser ffibr, cynyddwyd pŵer laserau 3um-band ymhellach. Yn eu plith, mae Prifysgol Kyoto yn Japan, Prifysgol Adelaide yn Awstralia, Prifysgol Laval yng Nghanada, a Phrifysgol Shenzhen yn Tsieina yn y labordy, wedi adrodd am gynnydd arbrofol rhagorol iawn.
Yn 2015, adroddodd Fortin et al [7] o Brifysgol Laval, Canada, laser ffibr fflworid doped Er3 plus gyda phŵer allbwn o 30.5 W a thonfedd allbwn o 2938 nm. Roedd y system yn defnyddio gratio Bragg ffibr yn seiliedig ar ysgythru o fewn y craidd, hy, cafodd rhwyllau adlewyrchiad uchel ac isel eu hysgythru yn y ffibrau ZBLAN ac Er:ZBLAN, yn y drefn honno, i ffurfio ceudod soniarus 10m o hyd, ac roedd y pen cynffon ffibr wedi'i gysylltu. gyda endcap AlF3 i leihau'r deliquescence ac i wella sefydlogrwydd y laser, gyda chyfanswm effeithlonrwydd laser o 16 y cant ar bwmpio 980 nm.
Yn 2018, cwblhaodd Aydin et al [8], Prifysgol Laval, Canada, ysgythru gratio o fewn adran gyfan o ffibr Er:ZBLAN, a chyflawnodd allbwn laser o 41.6 W ar 2.8 um gan ddefnyddio laser ffibr parhaus mewn modd pwmpio deuol . Dyma'r pŵer allbwn mwyaf hysbys o laser ffibr canol-isgoch Er:ZBLAN.
Yn 2021, adroddodd Chunyu Guo et al[10] o Brifysgol Shenzhen yr allbwn laser canol-isgoch 2.8wm cyntaf gyda strwythur ffibr i gyd ar bŵer o 20W yn Tsieina. Mae gan y ffibr dop Er3 plus :ZrF4 a ddefnyddir ddiamedr o 15um, agorfa rifiadol NA o tua 0.12, cyfanswm hyd o 6.5m, cyfernod amsugno o 2-3dB/m@976nm, a gratio adlewyrchol uchel (99 y cant HR-FBG) a gratio adlewyrchol isel (10 y cant OC-FBG) wedi'i arysgrifio'n uniongyrchol ar ffibr ennill, gyda thonfedd canol o 2825 nm, sy'n ffurfio ceudod cyseiniant gyda'r ffibr Er. Fel y dangosir yn Ffig. ▼ Datblygwyd proses bondio ymasiad y ffibrau silicon-seiliedig a ZBLAN, yn ogystal â phroses bondio ymasiad y capiau diwedd a'r ffibrau goddefol, yn annibynnol gan dîm y gohebydd, a luniodd y cladin hidlwyr optegol a'r Capiau diwedd ffibr AlF3. Mae'r effeithlonrwydd trosi optegol-i-optegol yn 14.5 y cant pan fydd y pŵer pwmp yn 140W, 输出功率20.3W@2.8um.
In 2023, the output power of a single-ended pumped mid-infrared fiber laser was increased to 33.8 W using a coated reflector and a homemade high-performance mid-infrared fiber endcap to provide resonant cavity feedback, combined with an efficient coupling technique for high-power pumped light, and the highest laser efficiency was obtained at a power level of >30 W. [21]
Ar ôl blynyddoedd o ymdrechion, mae gweithwyr laser ffibr, wedi optimeiddio prosesu ffibr canol-is-goch yn fawr, y defnydd presennol o offer prosesu ffibr arbennig masnachol, gallwch gael colled ymasiad is, yn cael ei ddefnyddio yn y matcher maes modd canol-goch, combiner / hollti. , y cap diwedd allbwn, ac amrywiaeth o ddyfeisiadau eraill, er mwyn lansio strwythur holl-ffibr lefel cynnyrch y ffynhonnell golau canol-isgoch.
Laser ffibr canolig isgoch Q-pulsed
Yn 2020, defnyddiodd Sojka et al [11] laser 30 W 975 nm wedi'i bwmpio â diamedr craidd 15 um, crynodiad molar o 7 y cant Er:ZBLAN ffibr cladin dwbl i gyflawni allbwn modiwleiddio Q acwto-optig o ffibr laser ar donfedd o 2.8 um ar amledd ailadrodd o 10 kHz, ac allbwn laser ag egni curiad y galon o 46 uJ mewn 1. 1 m o hyd Er:ZBLAN ffibr gyda pwls o bŵer brig o 0. 821 kW gydag a lled pwls o 56 ns. 2021, fe wnaethant ddefnyddio ffibr amlfodd Er:ZBLAN gyda diamedr craidd o 35um a lled pwls o 26 ns gyda phŵer brig o 12.7 kW ac egni pwls o 330 uJ [12].
Yn 2021, mae Shen et al. Cyflawnodd yr allbwn laser pwls cyntaf o 2.8wm gan ddefnyddio modiwleiddio Q electro-optig. Defnyddiwyd ffibr ZBLAN â diamedr craidd o 33um wedi'i ddopio â chrynodiad Er o 6 y cant fel y cyfrwng ennill gyda NA 0.12, a dewiswyd y modulator electro-optig i fod yn grisial RTP gyda lled pwls o egni pwls 13.1ns o 205.7 uJ a phŵer brig o 15.7kW, sef y laser ffibr Q modiwleiddiedig pŵer brig uchaf Er:ZBLAN y gwyddys ei fod wedi'i adrodd.
Laser ffibr tra-chyflym wedi'i gloi modd canol-isgoch
Mae ffibrau Tm-doped mewn ffibrau sy'n seiliedig ar silicon ar gyfer allbwn laserau 2um, ac mae'r dechnoleg wedi bod yn gymharol aeddfed, gyda manylebau uwch yn cael eu cyflawni fesul un wrth i dechnolegau ffibr a dyfais aeddfedu.
Yn 2018, adroddodd Prifysgol Jena fod pŵer cyfartalog 1000 W, 256 fs o laser gwibgyswllt 2um yn defnyddio ffibr grisial ffotonig wedi'i dopio â thm gydag ardal maes modd mawr, 50/{250-Tm-PM-PCF. dyma'r metrigau uchaf ar gyfer arbrofion tebyg hyd yn hyn.
Ar gyfer y band tonfedd uwchlaw 2wm, mae'r rhan fwyaf o'r gwaith ymchwil laser ffibr presennol yn mabwysiadu technoleg cloi modd goddefol, yn bennaf ar ffurf amsugno dirlawn yn ogystal ag effeithiau aflinol. Mae'r cyntaf yn defnyddio deunyddiau sydd â phriodweddau amsugno optegol dirlawn fel dyfeisiau sy'n cloi modd, megis SESAM, crisialau dop metel fel Fe: ZnSe, ac ati, tra bod yr olaf yn defnyddio effeithiau aflinol optegol a dulliau eraill i gynhyrchu amsugyddion dirlawn cyfatebol, megis cylchdro polareiddio aflinol (NPR), drych dolen optegol aflinol (NOLM), ac ati.
Yn 2020, adroddodd Guo et al [14] fod ffilmiau tenau WSe2 yn cael eu tyfu fel SA gan ddefnyddio CVD a'u trosglwyddo i ddrychau aur-plated i ffurfio WSe2-SAM, yn seiliedig ar bwls wedi'i gloi modd gyda lled pwls o 21 ps, sef ail-amledd o 42. 43 MHz, a phŵer cyfartalog o 360 mW wedi'i gyflawni gan ddefnyddio laser 980 nm wedi'i bwmpio â chrynodiad molar o 6 y cant o ffibr Er:ZBLAN.
Yn 2022, paratôdd Qin et al [15] o Brifysgol Shanghai Jiaotong SESAM superlattice InAs/GaSb gan ddefnyddio techneg twf epitaxial trawst moleciwlaidd, a all addasu ystod ymateb yr amsugnwr dirlawn, dwysedd egni dirlawnder, ac amser adfer a pharamedrau eraill yn hyblyg, a cyflawni allbwn sefydlog wedi'i gloi gan fodd o laser ffibr 3.5um Er:ZBLAN gyda lled pwls o 14.8 ps, pŵer cyfartalog o 149 mW, ac amlder ailadrodd o 36.56 MHz.
Yn 2019, cwtogodd Qin et al [16] o Brifysgol Shanghai Jiaotong y lled pwls wedi'i gloi gan fodd ymhellach i 215 fs gan ddefnyddio rhodenni Ge ar gyfer rheoli gwasgariad, gydag egni pwls o 9.3 nJ a phŵer brig o 43.3 kW.
Yn 2020, mae Gu et al. [17] o Brifysgol Shanghai Jiaotong adroddodd pwls soliton gydag allbwn modd-cloi 131 fs, pŵer brig 22.68 kW, ac ynni pwls 3 nJ yn seiliedig ar y dechneg NPR ar gyfer laser ffibr Er∶ZBLAN 2.8 μm.
Yn yr un flwyddyn, cyflawnodd Huang et al [18] allbwn wedi'i gloi gan fodd gyda lled pwls o 126 fs ac egni pwls o 10 nJ trwy bwmpio ffibr Er: ZBLAN 3.3 m o hyd ar 980 nm gan ddefnyddio'r dechneg NPR, a cywasgodd y mwyhadur Er: ZBLAN a'r ffibr aflinol ZBLAN y lled pwls ymhellach i 15.9 fs, gyda phŵer pwls brig terfynol o 500 kW.
Yn 2022, paratôdd Yu et al [19] ffynhonnell golau hadau pwls gyda lled pwls o 283 fs gan ddefnyddio ffibr Er:ZBLAN 2.4m o hyd wedi'i ddopio â chrynodiad molar o 7 y cant, a chywasgodd lled curiad y galon ymhellach i 59 fs gan ddefnyddio ymhelaethiad aflinol , cael pŵer cyfartalog pulsed o hyd at 4.13 W, sef y pŵer allbwn cyfartalog uchaf o laser ffibr modd cloi modd is-gannoedd-femtosecond hyd yn hyn.
Cunigedd
Laser ffibr canol-is-goch, gyda chrynoder laser ffibr, llai o waith cynnal a chadw, sefydlogrwydd uchel, ansawdd trawst uchel a llawer o fanteision eraill, fflworid, sylffid, halid, ffibr gwag a ffibrau isgoch canol eraill, o'r cymwysiadau pŵer, sbectrol, dyfais ffibr optig , ac mae agweddau eraill ar ddatblygiad laser canol-is-goch wedi hyrwyddo datblygiad y laser canol-isgoch yn fawr, gyda'r deunyddiau canol-is-goch a thechnoleg ffibr optig yn parhau i aeddfedu, bydd mwy o laser ffibr canol-isgoch o ansawdd uchel cynhyrchion i ddod allan ym maes amddiffyn cenedlaethol, ymchwil wyddonol, gweithgynhyrchu diwydiannol, gofal meddygol, a meysydd eraill i chwarae rhan fwy a mwy.
