2ум-5ум средњи инфрацрвени ласер има своје јединствене примене: овај опсег покрива неколико атмосферских прозора, што га чини корисним за ЛИДАР, атмосферске комуникације, ласерско дометање, калибрацију астрономских спектрометара ултра високе резолуције и оптоелектронску детекцију, итд [1]; средњи инфрацрвени опсег садржи карактеристичне спектралне линије познате као "молекуларни отисци прстију", који се могу користити за велику брзину, високу резолуцију, високу спектралну осетљивост, висок однос сигнал-шум при мерењу средње инфрацрвене спектроскопије [2] ; молекули воде у близини 3ум имају јак апсорпциони врх тако да се могу користити у многим медицинским операцијама; се налази у молекуларној ковалентној вези апсорпционе спектралне траке, која се може користити за детекцију молекуларног садржаја и молекуларног типа идентификације, за постизање молекуларне слике и тако даље.
Комерцијално доступни ласерски извори средњег инфрацрвеног спектра укључују ОПО параметарске осцилирајуће ласере, суперконтинуумске спектралне изворе светлости, квантне каскадне ласере и ласере са влакнима.
Ласер са средњим инфрацрвеним влакнима, према реализацији средњег инфрацрвеног влакна, може се поделити на активне и пасивне аспекте, углавном укључујући средњи инфрацрвени ласер на бази допираних ретких земаља, као што су Ер3 плус, Ди3 плус допирани ЗБЛАН ласер са влакнима ; средњи инфрацрвени ласер заснован на нелинеарном ефекту, као што је Раман ласер, супер-континуални спектар ласера; засновано на оптичком влакну са шупљим језгром са посебном структуром таласовода, са различитим гасовима за постизање различитих таласних дужина. Различите таласне дужине средњег инфрацрвеног ласера. Последњих година, уз континуирани развој и зрелост технологије фибер ласера, истраживања око технологије средњег инфрацрвеног ласера су врућа, повезани експерименти и извештаји о производима су бескрајни, а овде говоримо само о једној таласној дужини средње инфрацрвеног ласерског ласера заснованом на на добијању активних влакана.
Ер: ЗБЛАН оптичко влакно
Пошто елемент ретке земље има богату структуру енергетског нивоа, честице се побуђују на више енергетске нивое апсорпцијом основног стања на таласним дужинама пумпе од 655 нм, 790 нм и 980 нм, а емисија од 1,55 ум може се произвести преносом зрачења из Енергетски ниво 4И13/2 на енергетски ниво 4И15/2, и емисија од 2,8 ум преласком са енергетског нивоа 4И11/2 на енергетски ниво 4И13/2. Скок честица са енергетског нивоа 4Ф9/2 на ниво енергије 4И9/2 може произвести емисију од 3,5 ум. Тренутно је релативно уобичајена метода за добијање 2.8ум ласера од допираних Ер: ЗБЛАН влакана високе концентрације [4]
Флуоридна влакна се користе за 2-3ум светлосног излаза, сулфидна влакна се користе за 3-6.5 ум светлосног излаза, а таласне дужине дуже од 6,5 ум могу да се емитују помоћу халогених влакана. Флуоридна влакна су углавном алуминијум флуорид (АлФ3), ЗБЛАН (53 процента ЗрФ4-20 проценат БаФ2-4 проценат ЛаФ3-3 проценат АлФ3-20 проценат НаФ) или индијум флуорид (ИнФ3) итд. као матрични материјал од флуоридних вишекомпонентних стаклених влакана. Један од ЗБЛАН-а је тренутно најчешће коришћено оптичко влакно, може се постићи допирање ретких земаља, јер је његов процес спајања фузијом са оптичким влакном на бази силикона релативно зрео, могу се користити комерцијалне машине за спајање оптичких влакана, ИнФ и АлФ влакна се могу користити користи се као оптички уређај (као што је комбинатор снопа) и за производњу завршних капа од оптичких влакана. Али лака за влагу је главни недостатак флуоридних влакана.
2,8ум средњи инфрацрвени ласер са континуираним влакнима
Године 1988, Бриерлеи је пријавио први 2.7ум Ер3 плус ласер са допираним влакнима[5].
Године 1999, излазна снага Ер:ЗБЛАН ласера са влакнима је постигла напредак у скали вата, а Џексон и сарадници [6] су постигли ласерски излаз од 1,7 В користећи Ер3 плус / Пр3 плус ко-допирано ЗБЛАН влакно.
У 21. веку, са развојем технологије припреме влакана и технологије фибер ласера, снага ласера са 3ум опсегом је додатно повећана. Међу њима, Универзитет Кјото у Јапану, Универзитет Аделаиде у Аустралији, Универзитет Лавал у Канади и Универзитет Шенжен у Кини у лабораторији, пријавили су веома одличан експериментални напредак.
Године 2015, Фортин и сарадници [7] са Универзитета Лавал, Канада, известили су о Ер3 плус допираном ласеру са флуоридним влакнима са излазном снагом од 30,5 В и излазном таласном дужином од 2938 нм. Систем је користио влакнасту Браггову решетку засновану на гравурању унутар језгра, тј. решетке високе и ниске рефлексије су урезане у ЗБЛАН и Ер:ЗБЛАН влакна, респективно, како би се формирала резонантна шупљина дужине 10 м, а задњи крај влакна је био спојен са АлФ3 завршном капом за смањење деликвесценције и побољшање стабилности ласера, са укупном ласерском ефикасношћу од 16 процената при пумпању од 980 нм.
У 2018. години, Аидин ет ал [8], Универзитет Лавал, Канада, завршили су гравирање у целом делу Ер:ЗБЛАН влакна и постигли излаз ласера од 41,6 В на 2,8 ум користећи континуални ласер са влакнима у режиму двоструког пумпања . Ово је највећа позната излазна снага Ер:ЗБЛАН ласера са средњим инфрацрвеним влакнима.
У 2021, Цхуниу Гуо ет ал[10] са Универзитета Шенжен известили су о првом ласерском излазу средњег инфрацрвеног зрачења од 2,8 ум са структуром од свих влакана снаге од 20 В у Кини. Ер3 плус :ЗрФ4 допирано влакно има пречник од 15ум, нумерички отвор НА од око 0,12, укупну дужину од 6,5м, коефицијент апсорпције од 2-3дБ/м@976нм и високорефлективну решетку (99 процената ХР-ФБГ) и нискорефлексну решетку (10 процената ОЦ-ФБГ) директно уписану на појачало влакно, са централном таласном дужином од 2825 нм, која формира резонантну шупљину са Ер влакном. Као што је приказано на слици ▼ Процес спајања силиконских и ЗБЛАН влакана, као и процес спајања крајњих капица и пасивних влакана, независно је развио тим репортера, који је произвео оптичке филтере за облагање и Завршне капице од АлФ3 влакана. Ефикасност оптичке конверзије у оптичку је 14,5 процената када је снага пумпе 140 В, 输出功率20,3В@2,8ум.
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]
Након година напора, радници са ласерским влакнима, у великој мери су оптимизовали обраду средњег инфрацрвеног влакна, тренутна употреба комерцијалне специјалне опреме за обраду влакана, можете добити мањи губитак фузије, користи се у пољу за усклађивање поља у средњем инфрацрвеном режиму, комбинатор / разделник , излазни крајњи поклопац и низ других уређаја, како би се покренула структура од свих влакана на нивоу производа средњег инфрацрвеног извора светлости.
Средњи инфрацрвени К-пулсни ласер са влакнима
У 2020, Сојка и сарадници [11] су користили 30 В 975 нм ласерски пумпани пречник језгра од 15 ум, 7 процената моларне концентрације Ер:ЗБЛАН влакна са двоструком облогом да би постигли акусто-оптички К-модулиран излаз влакна ласер на таласној дужини од 2,8 ум на фреквенцији понављања од 10 кХз, и ласерски излаз са енергијом импулса од 46 уЈ у Ер:ЗБЛАН влакну дужине 1,1 м са импулсом вршне снаге 0,821 кВ са ширина импулса од 56 нс. 2021. године, користили су Ер:ЗБЛАН мултимодно влакно са пречником језгра од 35ум и ширином импулса од 26 нс са вршном снагом од 12,7 кВ и енергијом импулса од 330 уЈ [12].
У 2021, Схен ет ал. постигао први импулсни ласерски излаз од 2.8ум користећи електро-оптичку К модулацију. ЗБЛАН влакно са пречником језгра од 33ум допирано са Ер концентрацијом од 6 процената коришћено је као медијум за појачавање са НА 0,12, а електрооптички модулатор је изабран да буде РТП кристал са ширином импулса од 13,1нс импулсне енергије од 205,7 уЈ и вршну снагу од 15,7 кВ, што је највећа вршна снага Ер:ЗБЛАН модулисаног К фибер ласера за коју се зна да је пријављена.
Ултрабрзи ласер са влакнима са закључавањем средњег инфрацрвеног мода
Постоје Тм допирана влакна у влакнима на бази силицијума за излаз ласера од 2ум, а технологија је релативно зрела, са вишим спецификацијама које се постижу једна по једна како технологије влакана и уређаја сазревају.
У 2018. години, Универзитет у Јени је известио о просечној снази од 1000 В, 256 фс ултрабрзог ласера од 2ум који користи Тм-допирано фотонско кристално влакно са великом површином поља мода, 50/250-Тм-ПМ-ПЦФ. ово је највиша метрика за сличне експерименте до сада.
За опсег таласне дужине изнад 2 ум, већина тренутног истраживања ласерског ласера прихвата пасивну технологију закључавања мода, углавном у облику засићене апсорпције као и нелинеарних ефеката. Први користи материјале са оптички засићеним апсорпционим својствима као уређаје са закључавањем мода, као што је СЕСАМ, кристале допиране металом као што су Фе: ЗнСе, итд., док други користи оптичке нелинеарне ефекте и друга средства за генерисање еквивалентних апсорбера који се могу засићени, као што су ротација нелинеарне поларизације (НПР), огледало нелинеарне оптичке петље (НОЛМ) итд.
У 2020. години, Гуо и сарадници [14] су известили да су ВСе2 танки филмови узгајани као СА коришћењем ЦВД-а и пренети у позлаћена огледала да би се формирао ВСе2-САМ, на основу којег је импулс са закључаним модом са ширином импулса од 21 пс, ре-фреквенција од 42,43 МХз и просечна снага од 360 мВ је постигнута коришћењем ласера од 980 нм пумпаног са 6 процената моларне концентрације Ер:ЗБЛАН влакна.
Године 2022, Кин и сарадници [15] са Шангајског универзитета Јиаотонг припремили су ИнАс/ГаСб суперрешетку СЕСАМ користећи технику епитаксијалног раста молекуларног снопа, која може флексибилно да прилагоди опсег одзива апсорбера који се може засићени, густину енергије засићења, време опоравка и друге параметре, и постигао стабилан излаз са закључаним модом од 3,5 ум Ер:ЗБЛАН ласера са влакнима са ширином импулса од 14,8 пс, просечном снагом од 149 мВ и фреквенцијом понављања од 36,56 МХз.
У 2019, Кин и сарадници [16] са Шангајског универзитета Јиаотонг додатно су скратили ширину импулса закључане модом на 215 фс користећи Ге штапове за управљање дисперзијом, са енергијом импулса од 9,3 нЈ и вршном снагом од 43,3 кВ.
У 2020. Гу и др. [17] са Шангајског универзитета Јиаотонг известио је о солитонском импулсу са излазом закључаног мода од 131 фс, вршном снагом од 22,68 кВ и енергијом импулса од 3 нЈ на основу НПР технике за 2,8 μм Ер∶ЗБЛАН ласер са влакнима.
Исте године, Хуанг и сарадници [18] постигли су излаз са закључавањем мода са ширином импулса од 126 фс и импулсном енергијом од 10 нЈ пумпањем Ер:ЗБЛАН влакна дужине 3,3 м на 980 нм користећи НПР технику, и Ер: ЗБЛАН појачало и ЗБЛАН нелинеарно влакно даље су компримовали ширину импулса на 15,9 фс, са коначном максималном снагом импулса од 500 кВ.
2022. године, Иу и сарадници [19] су припремили импулсни извор светлости са ширином импулса од 283 фс користећи Ер:ЗБЛАН влакно дужине 2,4 м допираног моларном концентрацијом од 7 процената и даље компресовали ширину импулса на 59 фс користећи нелинеарно појачање. , добијајући просечну импулсну снагу до 4,13 В, што је највећа просечна излазна снага влакнастог ласера са закључавањем мода испод сто фемтосекунди до данас.
Cонцлусион
Ласер са средњим инфрацрвеним влакнима, са компактним фибер ласером, мање одржавања, високом стабилношћу, високим квалитетом снопа и многим другим предностима, флуорид, сулфид, халид, шупља влакна и друга средње инфрацрвена влакна, из апликација за моћ, спектрално, оптичко влакно , и други аспекти развоја средњег инфрацрвеног ласера у великој мери су промовисали развој средњег инфрацрвеног ласера, са средњим инфрацрвеним материјалима и технологијом оптичких влакана која наставља да сазрева, биће више висококвалитетних ласера са средњим инфрацрвеним влакнима производи који ће се појавити у националној одбрани, научним истраживањима, индустријској производњи, медицинској нези и другим пољима да играју све већу улогу.
