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18 mai 2023

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par Ultrafast Science

Les lasers à fibre ultra-rapides haute puissance/énergie ont des applications à large bande dans le traitement des matériaux, la médecine, la fabrication de pointe et d'autres domaines. Par rapport aux lasers à solide, les lasers à fibre présentent les avantages de systèmes compacts, de flexibilité, d'une bonne dissipation thermique et d'une qualité de faisceau élevée.

Cependant, en raison du grave effet non linéaire à l'intérieur de la fibre, l'énergie à impulsion unique et la puissance moyenne des lasers à fibre ultrarapides, en particulier ceux à structure tout fibre, sont toujours en retard par rapport à celles des lasers à semi-conducteurs. Ces dernières années, l'oscillateur Mamyshev a attiré l'attention de la recherche grâce à son potentiel de production d'impulsions ultrarapides à haute énergie.

Récemment, un groupe de recherche de l'Université nationale de technologie de la défense a signalé un oscillateur Mamyshev basé sur une fibre à maintien de polarisation totale avec un diamètre de noyau / gaine de 10/125 μm, et a réalisé une énergie d'impulsion unique de 153 nJ avec une largeur d'impulsion compressée de 73 fs. De plus, en ajustant les paramètres de la cavité, une opération de verrouillage de mode harmonique maximale de 5e ordre a été obtenue avec une puissance moyenne de sortie de 3,4 W et une largeur d'impulsion compressée de 100 fs.

Récemment, leur travail intitulé "All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Delivers Hundred-Nanojoule and Multi-Watt Sub-100 fs Pulses" a été publié sur Ultrafast Science.

L'énergie d'impulsion et la puissance moyenne des lasers à fibre ultrarapides ont été considérablement améliorées ces dernières années sur la base de l'oscillateur Mamyshev avec élargissement spectral en cascade et effet de filtrage spectral décalé. La lumière continue et les impulsions faibles seront bloquées dans l'oscillateur Mamyshev. En raison de l'élargissement spectral suffisant, la forte impulsion peut être survécue dans la cavité après deux filtres avec différentes longueurs d'onde centrales, et le laser ultrarapide avec une grande énergie d'impulsion peut être obtenu.

Cependant, la plupart des résultats précédents adoptaient des structures spatiales et introduisaient un grand nombre d'éléments en espace libre pour la collimation et le couplage du signal, ce qui rend le système encombrant et sensible aux interférences.

"Notre objectif est de réaliser des lasers à fibre ultra-rapides à haute puissance/énergie avec une structure entièrement en fibre", a expliqué le professeur A/Prof. Can Li. Dans l'article Ultrafast Science, un oscillateur Mamyshev basé sur une fibre à maintien de polarisation totale avec un diamètre de noyau / gaine de 10/125 μm a été rapporté.

Par rapport aux oscillateurs Mamyshev classiques, qui consistent généralement en deux étages d'amplification par fibre de gain, il n'y a qu'un seul bras d'amplification dans le laser proposé. Un morceau de fibre passive a été utilisé pour élargir le spectre optique dans l'autre bras, atténuant l'accumulation de phase non linéaire à l'intérieur de la cavité et rendant le système plus compact dans l'intervalle.

Ce groupe de recherche a respectivement réalisé les lasers à fibre ultrarapides hautes performances avec une énergie d'impulsion unique de 153 nJ et une puissance moyenne de 3,4 W, qui représentent les records les plus élevés d'énergie d'impulsion et de puissance moyenne obtenus à partir d'un oscillateur laser ultrarapide tout fibre avec une durée d'impulsion picoseconde/femtoseconde.

« En adoptant la fibre avec un diamètre de cœur plus grand et un nouveau mécanisme d'évolution des impulsions qui a une tolérance plus élevée à l'accumulation de phase non linéaire, des lasers ultrarapides tout fibre avec une puissance/énergie d'impulsion plus élevée sont attendus », déclare le professeur Pu Zhou.

Plus d'information: Tao Wang et al, All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Delivers Cent-Nanojoule et Multi-Watt Sub-100 fs Pulses, Ultrafast Science (2023). DOI : 10.34133/science ultrarapide.0016

Fourni par Ultrafast Science