في الآونة الأخيرة ، اقترحت مجموعة الأبحاث من البروفيسور لو هوادونغ من معهد الإلكترونيات البصرية في جامعة شانشي بشكل مبتكر طريقة لتحقيق الإخراج بالليزر الضيق في الأشعة تحت الحمراء عن طريق خلط الانبعاثات المحفزة والعمليات البارامترية البصرية. من خلال إدخال عملية حدودية بصرية في تجويف الرنين للليزر الذي تم تبديله ، تم تقليل نسبة الإشعاع التلقائي في عملية تكوين نبض الليزر بشكل كبير ، مما يضيق بشكل فعال عرض النبض للليزر الخرج وتقليل توقيت النبض بالليزر. أخيرًا ، تم الحصول على نبض ليزر نانو ثانية 830 نانومتر بالقرب من الأشعة تحت الحمراء مع قوة إخراج قدرها 7.75 واط وعرض الطيف البالغ 400.93 ميغاهيرتز ، وكان الانحراف المعياري لتوقيته النبضي فقط 2.285 نانو ثانية. توفر هذه الدراسة فكرة جديدة لتحقيق الليزر المضغوط وعالي الطاقة وعالية الاستقرار دون قفل التحكم.
تم استخدام مصادر الإضاءة القريبة من الأشعة تحت الحمراء (700 ~ 1000 نانومتر) على نطاق واسع في معالجة المواد ، والطيد الحيوي ، والمراقبة البيئية ، والليار بسبب تغلغلها الممتاز وخصائص الانتثار المنخفضة. من خلال تقنية تحويل التردد غير الخطية ، يمكن أن يمتد طول موجة الناتج إلى تيراهيرتز ، ووسط الأشعة تحت الحمراء ، والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية ، وذلك لتلبية احتياجات التطبيقات المتنوعة مثل الكشف عن الأمان ، وتواصل الليزر ، وإسقاط الليزر والطبعية.
في الوقت الحاضر ، عادة ما تستخدم الليزر الياقوت التيتانيوم التي تسبق المكاسب لتحقيق نبضات النانوانية النانوية ذات الطاقة العالية والضيقة. ومع ذلك ، فإن بلورات الياقوت التيتانيوم ستنتج تأثيرات حرارية عند ضخها عند الطاقة العالية ، مما يقيد بشكل خطير من طاقة الخرج ، وكفاءة التحويل وجودة شعاع الليزر. عندما يتم تشغيل ليزر التيتانيوم الياقوت في طاقة منخفضة ، فإن توقيت النبض له ارتعاش خطير بسبب انخفاض معدل الضخ. بالإضافة إلى ذلك ، يعد استخدام ليزر 532 نانومتر لضخ مؤشرات التذبذب البصرية البصرية وسيلة فعالة لإنشاء إخراج ليزر شبه الأشعة تحت الحمراء. على الرغم من أن هذه الطريقة ليست مقيدة بالتأثيرات الحرارية ، نظرًا لعرض النطاق الترددي الكبير المتأصل لعملية مطابقة الطور ، فإن العرض الطيفي لضوء إشارة الخرج كبير عند ضخه عند الطاقة العالية. من أجل تضييق عرضه الطيفي بشكل فعال ، يجب حقنه وإغلاقه بمساعدة الليزر الضيق عالي الجودة ، مما لا يزيد من تكلفة مصدر الضوء فحسب ، بل يؤثر أيضًا على ثبات النظام.
من أجل التغلب على الصعوبات الفنية الحالية ، اقترحت مجموعة الأبحاث طريقة لتحقيق إخراج الليزر الضيق من الطيف العالي القريب من الأشعة تحت الحمراء عن طريق خلط عمليات الانبعاثات المحفزة والعمليات البصرية البصرية. أولاً ، تم تحليل العملية الديناميكية لإخراج نبض الليزر قبل وبعد إدخال عملية حدودي بصرية في TI: ليزر الياقوت من الناحية الناتجة. كما هو مبين في الشكل 1 ، في الليزر الذي يحمل الكسب ، عندما يتم ضخ وسيط الكسب ، يتم نشر أيونات المخدر بسرعة على مستوى الطاقة العلوية للليزر ، ثم يتم تشكيل ناتج النبض بالليزر تحت عمل الانبعاثات التلقائية والانبعاثات المحفزة ؛ وعندما يتم إدخال عملية حدودي البصرية في تجويف الرنين ، فإن كفاءة التحويل غير الخطية الأكبر لعملية حدودية بصرية يمكن أن تعزز معدل الانبعاث المحفز في عملية تكوين النبض بالليزر وتقليل نسبة شروط الانبعاثات التلقائية ، بحيث يتم اختصار وقت إنشاء النبض وعرض النبض من الليزر. علاوة على ذلك ، نظرًا لعدم وجود تأخير بين ضوء المضخة ونبض ضوء الإشارة في عملية حدودي البصرية ، تم تحسين توقيت النبض لليزر الإخراج بشكل كبير.
صممت مجموعة الأبحاث ليزرًا شبه الأشعة تحت الحمراء مع انبعاثات محفزة مختلطة وعمليات حدودية بصرية كما هو موضح في الشكل 2. TI: يتم إدخال بلورة الياقوت والكريستال غير الخطي LBO في تجويف رنان واحد كوسيلة متوسطة والبصرية البصرية ، على التوالي. من أجل التحكم بمرونة في التأخير بين ليزر Ti: الياقوت وضوء الإشارة لعملية حدودي ، يتم استخدام مجموعتين من الليزر النانوية النانوية 532 نانومتر مع تردد تكرار من 6 كيلو هرتز كمصادر للمضخة والسيطرة على توقيت النبض. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل تضييق عرض الطيف لليزر TI: الياقوت ، يتم إدراج etalons بسمك 0.5 مم و 10 مم وأربعة مرشحات مشتركة في تجويف الرنين. أخيرًا ، يتم إدراج عاكس الحقن الذاتي بعد مرآة الإخراج لضمان أن اتجاه انتشار TI: الياقوت المتذبذب في التجويف يتسق مع ضوء إشارة العملية البصرية البصرية.
في التجربة ، يتم التحكم في توقيت النبض لمصابيح المضخة بواسطة مولد تأخير/نبض ، ويتم تحسين خصائص المجال الزمني لليزر الإخراج بعد إدخال عملية حدودية بصرية ، كما هو موضح في الشكل 3. عملية تكوين النبض للليزر ، وفي الوقت نفسه تعزز معدل الانبعاث المحفز ، بحيث يتم تقليل عرض النبض لليزر الناتج من 66.3 ns إلى 18.9 ns ، ويتم اختصار وقت إنشاء النبض من 372.9 ns 310 ns. في الوقت نفسه ، نظرًا لعدم وجود تأخير بين ضوء المضخة ونبض ضوء الإشارة في العملية البصرية البصرية ، يتم أيضًا تحسن كبير في توقيت النبض في الليزر المغطى بالمكسب بشكل كبير ، ويتم تقليل انحرافه المعياري من 9.926 نانو ثانية إلى 2.285 نانو ثانية.
بعد إدخال عملية حدودي بصرية في الليزر المسبق للكسب وتحسين توقيت نبضات ضوء المضخة ، تم تحقيق ناتج ليزر 7.75 و 830 نانومتر أخيرًا ، وكان استقرار الطاقة أفضل من 0.85 ٪ (RMS) ، كما هو موضح في الشكل 4 (A) ؛ تم قياس خصائص الوضع الطولي باستخدام تجويف FP المسح (SA210-8B ، Thorlabs) ، وأظهرت النتائج أنه يمكن أن تحافظ على تشغيل الوضع الطولي المفرد بشكل جيد في أقصى طاقة الإخراج ، كما هو مبين في الشكل 4 (ب) ؛ تم قياس خصائص الوضع المستعرض باستخدام محلل جودة الشعاع (M2MSBC207VIS/M ، Thorlabs) ، وكان عامل جودة M2 Beam أفضل من 1.37 و 1.47 في اتجاهات X و Y ، على التوالي ، كما هو مبين في الشكل 4 (ج). في الوقت نفسه ، من خلال مسح زاوية ضبط مرشح birefringent ودرجة حرارة بلورة LBO ، تم تحقيق مجموعة واسعة من ضبط الطول الموجي من 764.90 نانومتر إلى 873.43 نانومتر ، كما هو موضح في الشكل 4 (D).
····················································
أنشأ الفريق طريقة لتحقيق استقرار عالي ، وعالي الطاقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء عن طريق خلط الانبعاثات المحفزة والعمليات البارامترية البصرية ، وتحقيق ليزر شبه الأشعة تحت الحمراء مع بنية مضغوطة ، والاستقرار العالي والعرض الطيفي الضيق. من خلال إدخال عملية حدودي بصري في مرنان الليزر الذي يحمل الكسب ، تم تحسين خصائص مجال الوقت للليزر إلى حد كبير. أخيرًا ، تم تحقيق الليزر القريب من الأشعة تحت الحمراء 830 نانومتر مع قدرة إخراج أقصى قدرها 7.75 واط وعرض طيفي قدره 400.93 ميغاهيرتز ، مع عرض نبض يضيق 18.9 نانو ثانية وانحراف معياري لوقوع توقيت النبض إلى 2.285 ns.
