2um{1}}um vidējas infrasarkanā starojuma lāzeram ir savi unikāli pielietojumi: šī josla aptver vairākus atmosfēras logus, padarot to noderīgu LIDAR, atmosfēras sakariem, lāzera diapazona noteikšanai, īpaši augstas izšķirtspējas astronomisko spektrometru kalibrēšanai un optoelektroniskajai noteikšanai, utt [1]; Vidējā infrasarkanā josla satur raksturīgās spektrālās līnijas, kas pazīstamas kā "molekulārie pirkstu nospiedumi", kuras var izmantot liela ātruma, augstas izšķirtspējas, augstas spektrālās jutības, augsta signāla un trokšņa attiecībai vidējas infrasarkanās spektroskopijas mērījumos [2] ; ūdens molekulām 3um tuvumā ir spēcīga absorbcijas maksimums, tāpēc to var izmantot daudzās medicīniskās operācijās; atrodas absorbcijas spektrālās joslas molekulārajā kovalentajā saitē, ko var izmantot molekulārā satura un molekulārā veida identifikācijas noteikšanai, molekulārās attēlveidošanas sasniegšanai un tā tālāk.
Tirdzniecībā pieejamie vidēja infrasarkanā lāzera avoti ir OPO parametriskie oscilējošie lāzeri, superkontinuuma spektrālās gaismas avoti, kvantu kaskādes lāzeri un šķiedru lāzeri.
Vidējās infrasarkanās šķiedras lāzeru atkarībā no vidējās infrasarkanās šķiedras realizācijas var iedalīt aktīvajos un pasīvajos aspektos, galvenokārt ietverot vidējo infrasarkano staru lāzeru, kura pamatā ir leģēta retzeme, piemēram, Er3 plus, Dy3 plus leģēts ZBLAN šķiedras lāzers. ; vidējais infrasarkanais lāzers, kura pamatā ir nelineārais efekts, piemēram, Ramana lāzers, lāzera superkontinuuma spektrs; Pamatojoties uz dobu kodolu optisko šķiedru ar īpašu viļņvada struktūru, ar dažādām gāzēm, lai sasniegtu dažādus viļņu garumus. Vidējā infrasarkanā lāzera dažādi viļņu garumi. Pēdējos gados, nepārtraukti attīstoties un briedot šķiedru lāzera tehnoloģijai, pētījumi par vidēja infrasarkanā lāzera tehnoloģiju ir aktuāli, saistītie eksperimenti un produktu pārskati ir bezgalīgi, un šeit mēs runājam tikai par viena viļņa garuma vidēja infrasarkano staru šķiedru lāzeru. uz iegūt aktīvo šķiedrvielu.
Er: ZBLAN optiskā šķiedra
Tā kā retzemju elementam ir bagāta enerģijas līmeņa struktūra, daļiņas tiek ierosinātas līdz augstākam enerģijas līmenim ar pamatstāvokļa absorbciju pie sūkņa viļņu garumiem 655 nm, 790 nm un 980 nm, un 1,55 um emisiju var radīt starojuma pārnese no 4I13/2 enerģijas līmenis uz 4I15/2 enerģijas līmeni un 2,8 um emisija, pārejot no 4I11/2 enerģijas līmeņa uz 4I13/2 enerģijas līmeni. Daļiņu lēciens no 4F9/2 enerģijas līmeņa uz 4I9/2 enerģijas līmeni var radīt 3,5 um emisiju. Pašlaik tā ir samērā plaši izplatīta metode 2,8 um lāzera iegūšanai no augstas koncentrācijas leģētām Er: ZBLAN šķiedrām [4]
Fluora šķiedra tiek izmantota 2-3um gaismas izvadei, sulfīda šķiedra tiek izmantota 3-6,5 um gaismas izvadei, un ar halogenīdu šķiedru var izvadīt garākus viļņu garumus par 6,5 um. Fluora šķiedra galvenokārt ir alumīnija fluorīds (AlF3), ZBLAN (53 procenti ZrF4-20 procenti BaF2-4 procenti LaF3-3 procenti AlF3-20 procenti NaF) vai indija fluorīds (InF3) uc kā fluorīda daudzkomponentu stikla šķiedras matricas materiāls. Viena no ZBLAN pašlaik biežāk tiek izmantota optiskā šķiedra, var panākt retzemju dopingu, jo tās saplūšanas process ar silīcija bāzes optisko šķiedru ir salīdzinoši nobriedis, var izmantot komerciālas optisko šķiedru saplūšanas mašīnas, var izmantot InF un AlF šķiedru. izmanto kā optisko šķiedru ierīci (piemēram, staru savienotāju) un optisko šķiedru gala vāciņu ražošanā. Bet viegli mitrināms ir galvenais fluora šķiedras trūkums.
2,8 um vidējas infrasarkanās nepārtrauktas šķiedras lāzers
1988. gadā Brierley ziņoja par pirmo 2,7 um Er3 plus leģētu šķiedru lāzeru[5].
1999. gadā Er:ZBLAN šķiedru lāzera izejas jauda panāca izrāvienu vatu mērogā, un Džeksons et al[6] sasniedza 1,7 W lāzera jaudu, izmantojot Er3 plus/Pr3 plus līdzleģētu ZBLAN šķiedru.
21. gadsimtā, attīstoties šķiedru sagatavošanas tehnoloģijai un šķiedru lāzera tehnoloģijai, 3um joslas lāzeru jauda tika vēl vairāk palielināta. Tostarp Kioto universitāte Japānā, Adelaidas Universitāte Austrālijā, Lavalas universitāte Kanādā un Šeņdžeņas universitāte Ķīnā laboratorijā ir ziņojušas par ļoti izcilu eksperimentālo progresu.
2015. gadā Fortin et al [7] no Laval Universitātes Kanādā ziņoja par Er3 plus leģētu fluorīda šķiedru lāzeru ar izejas jaudu 30,5 W un izejas viļņa garumu 2938 nm. Sistēma izmantoja šķiedru Bragg režģi, kas balstīta uz iekšējo kodināšanu, ti, augstas un zemas atstarošanas režģi tika iegravēti attiecīgi ZBLAN un Er:ZBLAN šķiedrās, veidojot 10 m garu rezonanses dobumu, un tika savienots šķiedras astes gals. ar AlF3 gala vāciņu, lai samazinātu šķīdināšanu un uzlabotu lāzera stabilitāti, ar kopējo lāzera efektivitāti 16 procenti pie 980 nm sūknēšanas.
2018. gadā Aydin et al [8], Laval University, Kanāda, pabeidza režģa kodināšanu visā Er:ZBLAN šķiedras sadaļā un sasniedza lāzera jaudu 41,6 W pie 2,8 um, izmantojot nepārtrauktas šķiedras lāzeru divkāršā sūknēšanas režīmā. . Šī ir lielākā zināmā Er:ZBLAN vidējās infrasarkanās šķiedras lāzera izejas jauda.
2021. gadā Chunyu Guo et al[10] no Šenžeņas universitātes ziņoja par pirmo 2,8 um vidējā infrasarkanā lāzera izvadi ar visu šķiedru struktūru Ķīnā ar 20 W jaudu. Izmantotās Er3 plus :ZrF4 leģētās šķiedras diametrs ir 15 um, skaitliskā apertūra NA ir aptuveni 0,12, kopējais garums ir 6,5 m, absorbcijas koeficients 2-3 dB/m@976 nm, kā arī augstas atstarojošas režģis. (99% HR-FBG) un zemu atstarojošu režģi (10% OC-FBG), kas tieši ierakstīts pastiprināšanas šķiedrā ar centra viļņa garumu 2825 nm, kas veido rezonanses dobumu ar Er šķiedru. Kā parādīts ▼ attēlā. Silīcija bāzes un ZBLAN šķiedru saplūšanas procesu, kā arī gala vāciņu un pasīvo šķiedru saplūšanas procesu neatkarīgi izstrādāja reportiera komanda, kas izgatavoja apšuvuma optiskos filtrus un AlF3 šķiedras gala vāciņi. Optiskās-optiskās konversijas efektivitāte ir 14,5 procenti, ja sūkņa jauda ir 140 W, 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]
Pēc gadiem ilgiem pūliņiem šķiedru lāzera darbinieki ir ievērojami optimizējuši vidējas infrasarkanās šķiedras apstrādi, pašlaik izmanto komerciālas īpašas šķiedras apstrādes iekārtas, var iegūt mazākus saplūšanas zudumus, tiek izmantots vidēja infrasarkanā režīma lauka saskaņotājā, kombinētājā/sadalītājā. , izejas gala vāciņu un dažādas citas ierīces, lai palaistu vidēja infrasarkanā gaismas avota produkta līmeņa visu šķiedru struktūru.
Vidēja infrasarkanā Q impulsa šķiedras lāzers
2020. gadā Sojka et al [11] izmantoja 30 W 975 nm lāzera sūknētu 15 um serdes diametru, 7 procentu molārās koncentrācijas Er:ZBLAN dubulto apšuvuma šķiedru, lai panāktu akustiski optisko Q-modulētu šķiedras izvadi. lāzers ar viļņa garumu 2,8 um ar atkārtošanās frekvenci 10 kHz un lāzera izvadi ar impulsa enerģiju 46 uJ 1,1 m garā Er:ZBLAN šķiedrā ar impulsu ar maksimālo jaudu 0,821 kW ar impulsa platums 56 ns. 2021. gadā viņi izmantoja Er:ZBLAN daudzmodu šķiedru ar serdes diametru 35 um un impulsa platumu 26 ns ar maksimālo jaudu 12,7 kW un impulsa enerģiju 330 uJ [12].
2021. nodaļā Shen et al. sasniedza pirmo impulsa lāzera izvadi 2,8 um, izmantojot elektrooptisko Q modulāciju. ZBLAN šķiedra ar serdes diametru 33 um, kas leģēta ar Er koncentrāciju 6 procenti, tika izmantota kā pastiprināšanas vide ar NA 0,12, un elektrooptiskais modulators tika izvēlēts kā RTP kristāls ar impulsa platumu 13,1 ns impulsa enerģija 205,7 uJ un maksimālā jauda 15,7 kW, kas ir lielākā Er:ZBLAN modulētā Q šķiedras lāzera maksimālā jauda, par kuru ir ziņots.
Vidēja infrasarkanā režīma bloķēts īpaši ātrs šķiedru lāzers
Silīcija bāzes šķiedrās ir ar Tm leģētas šķiedras 2 um lāzeru izvadei, un tehnoloģija ir bijusi salīdzinoši nobriedusi, un, šķiedru un ierīču tehnoloģijām attīstoties, pa vienam tiek sasniegtas augstākas specifikācijas.
2018. gadā Jēnas Universitāte ziņoja par 1000 W vidējo jaudu, 256 fs 2 um īpaši ātrā lāzera, izmantojot ar Tm leģētu fotonisko kristālu šķiedru ar lielu režīma lauka laukumu, 50/250-Tm-PM-PCF. tas ir līdz šim augstākais līdzīgu eksperimentu rādītājs.
Viļņa garuma joslai virs 2 um lielākā daļa pašreizējo šķiedru lāzera pētījumu izmanto pasīvā režīma bloķēšanas tehnoloģiju, galvenokārt piesātināmas absorbcijas, kā arī nelineāru efektu veidā. Pirmajā izmanto materiālus ar optiski piesātināmām absorbcijas īpašībām kā režīma bloķētas ierīces, piemēram, SESAM, ar metālu leģētus kristālus, piemēram, Fe: ZnSe uc, bet otrajā izmanto optiskus nelineārus efektus un citus līdzekļus, lai radītu līdzvērtīgus piesātināmus absorbētājus, piemēram, nelineārā polarizācijas rotācija (NPR), nelineāra optiskā cilpas spogulis (NOLM) utt.
2020. gadā Guo et al [14] ziņoja, ka WSe2 plānās plēves tika audzētas kā SA, izmantojot CVD, un pārnestas uz apzeltītiem spoguļiem, veidojot WSe2-SAM, pamatojoties uz kuru tika izveidots režīmā bloķēts impulss ar impulsa platumu 21 ps, atkārtota frekvence 42,43 MHz un vidējā jauda 360 mW tika sasniegta, izmantojot 980 nm lāzeru, kas sūknēts ar Er:ZBLAN šķiedras 6 procentu molāro koncentrāciju.
2022. gadā Qin et al [15] no Šanhajas Dzjaotongas universitātes sagatavoja InAs/GaSb superrežģi SESAM, izmantojot molekulārā stara epitaksiālās augšanas paņēmienu, kas var elastīgi pielāgot piesātināmā absorbētāja reakcijas diapazonu, piesātinājuma enerģijas blīvumu un atkopšanas laiku un citus parametrus, un sasniedza stabilu režīmā bloķētu izvadi no 3,5 um Er:ZBLAN šķiedru lāzera ar impulsa platumu 14,8 ps, vidējo jaudu 149 mW un atkārtošanās frekvenci 36,56 MHz.
2019. gadā Qin et al [16] no Šanhajas Dzjaotongas universitātes vēl vairāk saīsināja režīma bloķētā impulsa platumu līdz 215 fs, izmantojot Ge stieņus dispersijas pārvaldībai ar impulsa enerģiju 9,3 nJ un maksimālo jaudu 43,3 kW.
2020. gadā Gu et al. [17] no Šanhajas Dzjaotongas universitātes ziņoja par solitona impulsu ar 131 fs režīmā bloķētu izeju, 22,68 kW maksimālo jaudu un 3 nJ impulsa enerģiju, pamatojoties uz NPR tehniku 2,8 μm Er∶ZBLAN šķiedru lāzeram.
Tajā pašā gadā Huang et al [18] sasniedza režīmā bloķētu izvadi ar impulsa platumu 126 fs un impulsa enerģiju 10 nJ, sūknējot 3,3 m garu Er: ZBLAN šķiedru pie 980 nm, izmantojot NPR tehniku, un Er: ZBLAN pastiprinātājs un ZBLAN nelineārā šķiedra vēl vairāk saspieda impulsa platumu līdz 15,9 fs, ar galīgo maksimālo impulsa jaudu 500 kW.
2022. gadā Yu et al [19] sagatavoja impulsa sēklu gaismas avotu ar impulsa platumu 283 fs, izmantojot 2,4 m garu Er:ZBLAN šķiedru, kas leģēta ar 7 procentu molāro koncentrāciju, un tālāk saspieda impulsa platumu līdz 59 fs, izmantojot nelineāru pastiprināšanu. , iegūstot vidējo impulsa jaudu līdz 4,13 W, kas ir līdz šim lielākā vidējā izejas jauda zem simts femtosekundēm režīmā bloķēta šķiedru lāzera.
Ciekļaušana
Vidējas infrasarkanās šķiedras lāzers ar kompaktu šķiedru lāzeru, mazāku apkopi, augstu stabilitāti, augstu staru kūļa kvalitāti un daudzām citām priekšrocībām, fluorīds, sulfīds, halogenīds, dobās šķiedras un citas vidējas infrasarkanās šķiedras no jaudas, spektra, optisko šķiedru ierīču lietojumiem , un citi vidēja infrasarkanā lāzera attīstības aspekti ir ievērojami veicinājuši vidēja infrasarkanā lāzera attīstību, jo vidus infrasarkano staru materiāli un optiskās šķiedras tehnoloģija turpina nobriest, būs vairāk augstas kvalitātes vidējas infrasarkanās šķiedras lāzera. produktiem, kas nāks klajā valsts aizsardzībā, zinātniskajā pētniecībā, rūpnieciskajā ražošanā, medicīniskajā aprūpē un citās jomās, spēlēs arvien lielāku lomu.
