മോഡ്-ലോക്ക്ഡ് ഷീറ്റ് ലേസർ, പവർ ഹൈ എനർജി അൾട്രാഫാസ്റ്റ് ലേസർ

ഉയർന്ന പവർ ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ്ലേസർടെറാഹെർട്സ് ജനറേഷൻ, അറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസ് ജനറേഷൻ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പ് തുടങ്ങിയ ശാസ്ത്ര ഗവേഷണത്തിലും വ്യാവസായിക മേഖലകളിലും വലിയ പ്രയോഗ മൂല്യമുണ്ട്.മോഡ്-ലോക്ക് ചെയ്ത ലേസറുകൾപരമ്പരാഗത ബ്ലോക്ക്-ഗെയിൻ മീഡിയയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള താപ ലെൻസിംഗ് പ്രഭാവം ഉയർന്ന പവറിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു, നിലവിൽ പരമാവധി ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ ഏകദേശം 20 W ആണ്.

നേർത്ത ഷീറ്റ് ലേസർ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നതിന് മൾട്ടി-പാസ് പമ്പ് ഘടന ഉപയോഗിക്കുന്നുപമ്പ് ലൈറ്റ്ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയുള്ള പമ്പ് ആഗിരണത്തിനായി 100 മൈക്രോൺ കട്ടിയുള്ള ഷീറ്റ് ഗെയിൻ മീഡിയത്തിലേക്ക്. ബാക്ക്കൂളിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുമായി സംയോജിപ്പിച്ച വളരെ നേർത്ത ഗെയിൻ മീഡിയം തെർമൽ ലെൻസ് ഇഫക്റ്റിന്റെയും നോൺലീനിയർ ഇഫക്റ്റിന്റെയും സ്വാധീനം വളരെയധികം കുറയ്ക്കുന്നു, കൂടാതെ ഉയർന്ന പവർ ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് പൾസ് ഔട്ട്പുട്ട് നേടാൻ കഴിയും.
ഫെംറ്റോസെക്കൻഡ് ക്രമത്തിൽ പൾസ് വീതിയുള്ള ഉയർന്ന ശരാശരി പവർ ലേസർ ഔട്ട്‌പുട്ട് ലഭിക്കുന്നതിനുള്ള പ്രധാന മാർഗ്ഗം കെർ ലെൻസ് മോഡ്-ലോക്കിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുമായി സംയോജിപ്പിച്ച വേഫർ ഓസിലേറ്ററുകളാണ്.

ചിത്രം 1 (എ) 72 ഒപ്റ്റിക്കൽ ഘടന ഡയഗ്രം, (ബി) പമ്പ് മൊഡ്യൂളിന്റെ ഭൗതിക ഡയഗ്രം

ചൈനീസ് അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിലെ ഒരു സംഘം ഗവേഷകർ സ്വയം വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത 72-വേ പമ്പ് മൊഡ്യൂളിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു കെർ ലെൻസ് മോഡ്-ലോക്ക്ഡ് ഷീറ്റ് ലേസർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത് നിർമ്മിച്ചു, കൂടാതെ ചൈനയിലെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന ശരാശരി പവറും സിംഗിൾ പൾസ് എനർജിയുമുള്ള ഒരു കെർ ലെൻസ് മോഡ്-ലോക്ക്ഡ് ഷീറ്റ് ലേസർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.
കെർ ലെൻസ് മോഡ്-ലോക്കിംഗിന്റെ തത്വത്തെയും എബിസിഡി മാട്രിക്സിന്റെ ആവർത്തന കണക്കുകൂട്ടലിനെയും അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഗവേഷണ സംഘം ആദ്യം നേർത്ത പ്ലേറ്റ് കെർ ലെൻസ് മോഡ്-ലോക്കിംഗ് ലേസറിന്റെ മോഡ്-ലോക്കിംഗ് സിദ്ധാന്തം വിശകലനം ചെയ്തു, മോഡ്-ലോക്കിംഗ് പ്രവർത്തനത്തിലും തുടർച്ചയായ പ്രവർത്തനത്തിലും റെസൊണേറ്ററിലെ മോഡ് മാറ്റങ്ങൾ അനുകരിച്ചു, മോഡ്-ലോക്കിംഗിന് ശേഷം ഹാർഡ് ഡയഫ്രത്തിലെ കാവിറ്റി മോഡ് ആരം 7% ൽ കൂടുതൽ കുറയുമെന്ന് സ്ഥിരീകരിച്ചു.

തുടർന്ന്, ഡിസൈൻ തത്വത്താൽ നയിക്കപ്പെട്ടുകൊണ്ട്, ഗവേഷണ സംഘം സ്വതന്ത്രമായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത 72-വേ പമ്പ് മൊഡ്യൂളിനെ (FIG.1) അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു കെർ ലെൻസ് മോഡ്-ലോക്ക്ഡ് റെസൊണേറ്റർ (FIG. 2) രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത് നിർമ്മിച്ചു, 72 W പമ്പിംഗ് സമയത്ത് ശരാശരി 11.78W പവർ, 245 fs പൾസ് വീതി, 0.14μJ സിംഗിൾ പൾസ് എനർജി എന്നിവയുള്ള ഒരു പൾസ്ഡ് ലേസർ ഔട്ട്പുട്ട് നേടി. ഔട്ട്പുട്ട് പൾസിന്റെ വീതിയും ഇൻട്രാകാവിറ്റി മോഡിന്റെ വ്യതിയാനവും സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളുമായി നല്ല യോജിപ്പിലാണ്.

ചിത്രം 2 പരീക്ഷണത്തിൽ ഉപയോഗിച്ച കെർ ലെൻസ് മോഡ്-ലോക്ക്ഡ് Yb:YAG വേഫർ ലേസറിന്റെ റെസൊണന്റ് കാവിറ്റിയുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം.

ലേസറിന്റെ ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി, ഗവേഷണ സംഘം ഫോക്കസിംഗ് മിററിന്റെ വക്രതാ ആരം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും കെർ മീഡിയം കനവും സെക്കൻഡ്-ഓർഡർ ഡിസ്‌പർഷനും ഫൈൻ-ട്യൂൺ ചെയ്യുകയും ചെയ്തു. പമ്പ് പവർ 94 W ആയി സജ്ജീകരിച്ചപ്പോൾ, ശരാശരി ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ 22.33 W ആയി വർദ്ധിച്ചു, പൾസ് വീതി 394 fs ആയിരുന്നു, സിംഗിൾ പൾസ് എനർജി 0.28 μJ ആയിരുന്നു.

ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനായി, ഗവേഷണ സംഘം ഫോക്കസ് ചെയ്ത കോൺകേവ് മിറർ ജോഡിയുടെ വക്രതാ ആരം കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കും, അതേസമയം വായു അസ്വസ്ഥതയുടെയും വായു വ്യാപനത്തിന്റെയും സ്വാധീനം കുറയ്ക്കുന്നതിന് റെസൊണേറ്ററിനെ താഴ്ന്ന വാക്വം അടച്ച അന്തരീക്ഷത്തിൽ സ്ഥാപിക്കും.