گروه Ursula Keller با تولید لیزر دیسک نازک پالسی با پهنای پالس کمتر از پیکوثانیه و توان میانگین ۳۵۰ وات، موفق به ثبت رکورد جدیدی در توان لیزر پالسی شده است.
تصویر، هد لیزر دیسک نازک تجاری را نمایش می دهد. دیسک با منشورهای یکپارچه احاطه شده تا باریکه پمپ را برای بازتاب های متوالی هدایت کند.
منابع لیزری فوق کوتاه، طیف وسیعی از مطالعات علمی و کاربردهای صنعتی، از آزمایش های فیزیک میدانی با وضوح زمانی آتوثانیه گرفته تا ماشین کاری مواد با دقت میکرومتر را در بر می گیرند. به منظور پیشرفت بیشتر در این راستا، توان میانگین صدها وات و نرخ تکرار چندین مگاهرتز مورد نیاز است.
یک راه برای تحقق یافتن چنین لیزر پالسی توان بالایی، افزایش توان خروجی اسیلاتور لیزر به جای استفاده از چند سیستم تقویت کننده است. استفاده از چند مرحله تقویت کننده، چندین مرتبه پیچیدگی به سیستم اضافه می کند در حالیکه روش متداول افزایش توان خروجی اسیلاتور لیزر سبب تولید دستگاه های قوی و مقرون به صرفه می شود.
محققین به سرپرستی گروه Ursula Keller در مؤسسه کوانتوم الکترونیک ETH زوریخ، توان لیزر را به سطح جدیدی افزایش داده اند. منبع لیزری که این محققین ارائه کرده اند ترکیبی از سادگی، نرخ تکرار بالای اسیلاتورها و توان خروجی میانگین بیشینه است [۱].
تیم ETH با اسیلاتور لیزر دیسک نازک Yb:YAG با ضخامت محیط بهره ۱۰۰ میکرون، کار می کند. این ساختار، مساحت سطح نسبتاً بزرگی را فراهم می کند که برای خنک سازی بسیار مؤثر است. با این حال اثرات حرارتی هنوز یک گلوگاه است و از سال ۲۰۱۲ رکورد توان خروجی ۲۷۵ وات باقی مانده است.
کاهش اثرات حرارتی
گروه Keller با همکاری فرانسیسکو سالتارلی[۱] دانشجوی دکتری، کریستوفر فیلیپس[۲] محقق ارشد و سایر هم دانشگاهی ها به لیزری با توان خروجی میانگین ۳۵۰ وات، پهنای پالس ۹۴۰ فمتوثانیه و انرژی پالس ۳۹ میکروژول با نرخ تکرار ۸٫۸۸ مگاهرتز دست یافته اند که در کاربردهای علمی و صنعتی بسیار مورد استفاده قرار گرفته است.
این محققین راهی یافته اند که باریکه پمپ می تواند بدون تحمیل اثرات حرارتی مخرب، چندین بار از محیط بهره عبور کند و در نتیجه سبب کاهش استرس بر مؤلفه های وابسته شود. توانایی کنترل اثرات حرارتی، دریچه ای را برای دستیابی به توان های بالاتر از ۲۷۵ وات و پایه گذاری معیارهای جدید می گشاید. محققین ETH حدس می زنند که با پیشرفت های بیشتر می توان به توان های در حد کیلو وات دست یافت.
Reference:
[۱]. F. Saltarelli et al., Optics Express, Vol. 27, Issue 22, pp. 31465-31474 (2019); doi: 10.1364/OE.27.031465
[۱] Francesco Saltarelli
[۲] Christopher Phillips