به تازگی ، گروه تحقیقاتی پروفسور لو هوادونگ از انستیتوی نوریكترونیك دانشگاه شانكسی به طور نوآموزی روشی را برای دستیابی به خروجی لیزر با طیف باریک با استحکام بالا با مخلوط کردن انتشار تحریک و فرآیندهای پارامتری نوری پیشنهاد داد. با معرفی فرآیند پارامتری نوری در حفره رزونانس لیزر سوئیچ شده ، نسبت تابش خود به خود در فرآیند تشکیل پالس لیزر به شدت کاهش می یابد ، به طور موثری باریک پالس لیزر خروجی و کاهش ضایعات زمان بندی پالس لیزر. سرانجام ، یک پالس نانو ثانیه 830 نانومتر لیزر با قدرت خروجی 7.75 وات و عرض طیف 400.93 مگاهرتز به دست آمد و انحراف استاندارد از لک زمان پالس آن تنها 2.285 نانومتر بود. این مطالعه ایده جدیدی را برای تحقق لیزر با طیف باریک و کم نظیر با قدرت بالا و بدون کنترل قفل فراهم می کند.
منابع نوری مادون قرمز نزدیک (1000 n 700 نانومتر) به طور گسترده ای در پردازش مواد ، زیست پزشکی ، نظارت بر محیط زیست و LIDAR به دلیل نفوذ عالی و خصوصیات پراکندگی کم مورد استفاده قرار گرفته است. از طریق فن آوری تبدیل فرکانس غیرخطی ، طول موج خروجی آن می تواند بیشتر به گروههای Terahertz ، مادون قرمز ، نور و مرئی قابل مشاهده و ماوراء بنفش گسترش یابد ، به طوری که نیازهای برنامه های متنوع مانند تشخیص امنیتی ، ارتباط لیزر ، طرح ریزی لیزر و لیتوگرافی را برآورده می کند.
در حال حاضر ، از لیزرهای یاقوت کبود تیتانیوم به دست آمده معمولاً برای دستیابی به پالس نانو ثانیه با قدرت بالا و با طیف باریک لیزر مادون قرمز نزدیک استفاده می شود. با این حال ، کریستال های یاقوت کبود تیتانیوم هنگام پمپ کردن با قدرت بالا اثرات حرارتی تولید می کنند ، که به طور جدی قدرت خروجی ، راندمان تبدیل و کیفیت پرتو لیزر را محدود می کند. هنگامی که لیزر یاقوت کبود تیتانیوم با قدرت کم عمل می کند ، زمان پالس به دلیل کم بودن پمپاژ ، دارای لرزش جدی است. علاوه بر این ، استفاده از لیزر 532 نانومتر برای پمپ نوسان سازهای پارامتری نوری نیز یک روش مؤثر برای تولید خروجی لیزر مادون قرمز نزدیک است. اگرچه این روش با اثرات حرارتی محدود نمی شود ، به دلیل پهنای باند ذاتی پذیرش بزرگ فرآیند تطبیق فاز ، عرض طیفی نور سیگنال خروجی هنگام پمپ کردن در قدرت بالا زیاد است. برای محدود کردن عرض طیفی آن ، باید با کمک لیزرهای طیف باریک با کیفیت بالا تزریق و قفل شود ، که نه تنها هزینه منبع نور را افزایش می دهد بلکه بر پایداری سیستم نیز تأثیر می گذارد.
به منظور غلبه بر مشکلات فنی فعلی ، گروه تحقیقاتی روشی را برای دستیابی به خروجی لیزر با طیف باریک با استحکام بالا با مخلوط کردن انتشار تحریک شده و فرآیندهای پارامتری نوری ارائه داد. اول ، فرآیند پویا خروجی پالس لیزر قبل و بعد از معرفی فرآیند پارامتری نوری در لیزر Ti: Sapphire به صورت تئوری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، در لیزر افزایش یافته ، هنگامی که محیط افزایش پمپ می شود ، یون های دوپ شده به سرعت به سطح انرژی بالایی لیزر مستقر می شوند و سپس خروجی پالس لیزر تحت عمل انتشار خود به خود و انتشار تحریک شکل می گیرد. و هنگامی که فرآیند پارامتری نوری به حفره رزونانس وارد می شود ، راندمان تبدیل غیرخطی بزرگتر از فرآیند پارامتری نوری می تواند میزان انتشار تحریک شده در فرآیند تشکیل پالس لیزر را افزایش داده و نسبت اصطلاحات انتشار خود به خود را کاهش دهد ، به طوری که زمان تأسیس پالس و عرض پالس لیزر خروجی کوتاه می شود. علاوه بر این ، از آنجا که هیچ تأخیری بین چراغ پمپ و پالس چراغ سیگنال در فرآیند پارامتری نوری وجود ندارد ، لرزش زمان پالس لیزر خروجی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
گروه تحقیقاتی یک لیزر نزدیک مادون قرمز را با انتشار تحریک شده مخلوط و فرآیندهای پارامتری نوری طراحی کرده است ، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. TI: کریستال کبود و کریستال غیرخطی LBO به ترتیب به عنوان یک محیط پارامتری متوسط و نوری در یک حفره رزونانس واحد وارد می شوند. به منظور کنترل انعطاف پذیری تأخیر بین لیزر Ti: Sapphire و نور سیگنال فرآیند پارامتری ، دو مجموعه از لیزرهای پالس نانو ثانیه 532 نانومتر با فرکانس تکرار 6 کیلوهرتز به عنوان منبع پمپ استفاده می شود و از یک ژنراتور تاخیر\/پالس استفاده می شود تا همزمان باعث ایجاد توالی پالس دو پمپ پمپ و کنترل پالس شود. علاوه بر این ، به منظور محدود کردن عرض طیف Ti: Laser Sapphire ، etalons با ضخامت 4 {4} 5} 5 میلی متر و 10 میلی متر و چهار فیلتر ضد عفونی کننده ترکیبی در حفره رزونانس قرار می گیرند. سرانجام ، یک بازتابنده خود تزریق پس از آینه خروجی درج می شود تا اطمینان حاصل شود که جهت انتشار نور نوسان کننده Ti: Sapphire در حفره با آن از نور سیگنال فرآیند پارامتری نوری سازگار است.
در آزمایش ، زمان پالس دو چراغ پمپ توسط یک ژنراتور تأخیر\/پالس کنترل می شود ، و ویژگی های دامنه زمان لیزر خروجی پس از معرفی فرآیند پارامتری نوری بهینه می شود ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. لیزر و در عین حال میزان انتشار تحریک شده را افزایش می دهد ، به طوری که عرض پالس لیزر خروجی از 66.3 نانومتر به 18.9 نانومتر کاهش می یابد و زمان تأسیس پالس از 372.9 نانومتر به 310 نانومتر کاهش می یابد. در عین حال ، به دلیل مشخصه عدم تأخیر بین نور پمپ و پالس نور سیگنال در فرآیند پارامتری نوری ، ضربان زمان پالس لیزر با افزایش سوخت نیز به طور قابل توجهی بهبود یافته است و انحراف استاندارد آن از 9.926 نانومتر به 2.285 نانومتر کاهش می یابد.
پس از معرفی فرآیند پارامتری نوری در لیزر سوئیچ شده و بهینه سازی زمان دو پالس نور پمپ ، خروجی لیزر NM 7.75 W 83 {4} NM در نهایت حاصل شد و پایداری قدرت آن بهتر از 85\/0 ٪ (RMS) بود ، همانطور که در شکل 4 (A) نشان داده شده است. خصوصیات حالت طولی با استفاده از یک حفره FP اسکن (SA {8}} B ، Thorlabs) اندازه گیری شد ، و نتایج نشان داد که می تواند عملکرد حالت طولی تک خوب را در حداکثر توان خروجی حفظ کند ، همانطور که در شکل 4 (b) نشان داده شده است. خصوصیات حالت عرضی با استفاده از آنالایزر کیفیت پرتو (M2MSBC207VIS\/M ، THORLABS) اندازه گیری شد و فاکتور کیفیت M2 به ترتیب در جهت X و Y به ترتیب بهتر از 1.37 و 1.47 بود ، همانطور که در شکل 4 (C) نشان داده شده است. در همان زمان ، با اسکن همزمان زاویه تنظیم فیلتر ضد آب و دمای کریستال LBO ، طیف گسترده ای از تنظیم طول موج از 764.90 نانومتر تا 873.43 نانومتر حاصل شد ، همانطور که در شکل 4 (d) نشان داده شده است.
····················································
این تیم با مخلوط کردن انتشار انتشار و فرآیندهای پارامتری نوری ، روشی را برای دستیابی به خروجی لیزر با استحکام بالا و پر انرژی نزدیک با انرژی بالا ایجاد کرد و یک لیزر مادون قرمز نزدیک را با ساختار جمع و جور ، پایداری بالا و عرض طیفی باریک تحقق بخشید. با معرفی فرآیند پارامتری نوری در طنین انداز لیزر با افزایش ، ویژگی های دامنه زمانی لیزر خروجی بسیار بهبود یافته است. سرانجام ، یک لیزر 830 نانومتر در نزدیکی مادون قرمز با حداکثر توان خروجی 7.75 وات و عرض طیفی 400.93 مگاهرتز به دست آمد ، با عرض پالس به اندازه 18.9 نانومتر و یک انحراف استاندارد از لرزش زمان پالس به 2.285 نانومتر کاهش یافت.
