Гибридная лазерная система усиления чирпированных импульсов в Yb-волоконном и Yb:YAG-тонкостержневом усилителях

Ким Ч., Пак Сольвон, Ким Г., Яшин В.Е., Янг Ч.

Ссылка для цитирования:

Ким Чун Ван, Пак Сольвон, Ким Гуан-Хун, Яшин В.Е., Янг Чухи. Гибридная лазерная система усиления чирпированных импульсов в Yb-волоконном и Yb:YAGтонкостержневом усилителях // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 4. С. 22–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-04-22-31

Kim J.-W., Park S., Kim G-H, Yashin V.E., Yang J. Hybrid laser system for amplification in a Yb fiber and a Yb:YAG thin-rod amplifiers [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025.V. 92. № 4. P. 22–31. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-04-22-31

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Схемные решения лазерной системы для формирования и усиления фемтосекундных лазерных импульсов. Цель работы. Разработка и исследование лазерной системы с высокой пиковой и средней мощностями фемтосекундных импульсов. Сравнение двух вариантов стретчера, используемых для удлинения лазерных импульсов перед усилением. Метод. Использование волоконного задающего генератора с самосинхронизацией аксиальных мод с последующим удлинением фемтосекундных импульсов в стретчере и дальнейшим усилением в волоконном и тонкостержневом усилителей при финальном сжатии импульсов в решёточном компрессоре. Результаты. В данном исследовании демонстрируются компактный гибридный лазер и сравниваются стретчеры, входящие в состав лазерной системы, на основе 500-метрового пассивного волокна и чирпированной волоконной брэгговской решётки с точки зрения их эксплуатационных возможностей. Длительность сжатых импульсов при максимальной выходной мощности составляет 721 фс при мощности 27,9 Вт при использовании волоконного стретчера и 889 фс при мощности 31,2 Вт при использовании стретчера на основе волоконной брегговской решётки. Обсуждаются различия в автокорреляционных функциях сжатых импульсов для этих двух типов стретчеров. Практическая значимость. Разработанный лазерный источник может найти применение в различных областях, таких как, прецизионная обработка различных материалов, биомедицина и косметология, нелинейная оптика, включая эффективное преобразование частоты лазерного излучения, дальнометрия и локация.

Ключевые слова:

волоконный задающий генератор, волоконный усилитель, SESAM, тонкий Yb:YAG-стерженевой активный элемент, волоконный удлинитель импульсов, дифракционнорешёточный компрессор

Благодарность:

это исследование было поддержано программой первичных исследований Корейского научно-исследовательского института электротехники (KERI) через Национальный исследовательский совет по науке и технологиям (NST), финансируемый Министерством науки и ИКТ (MSIT) (№ 23A01081)

Коды OCIS: 140.3280, 140.7090, 140.4050, 140.3510

Список источников:

1. Gattass R.R., Mazur E. Femtosecond laser micromachining in transparent materials // Nature Photon. 2018. V. 2. P. 219–225. https://doi.org/10.1038/nphoton.2008.47
2. Ehlers A., Riemann I., Martin S., Harzic R.L., Bartels A., Janke C., König K. High repetition rate compact femtosecond laser: A powerful multiphoton tool for nanomedicine and nanobiotechnology // J. Appl. Phys. 2007. V. 102. № 1. P. 014701. https://doi.org/10.1063/1.2745367
3. Bartels A., Dekorsy T., Kurz H. Femtosecond Ti:sapphire ring laser with a 2-GHz repetition rate and its application in time-resolved spectroscopy // Opt.Lett. 1999. V. 24. № 14. P. 996–998. https://doi.org/10.1364/OL.24.000996
4. Krupke W.F. Ytterbium solid-state lasers. The first decade // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2000. V. 6. № 6. P. 1287–1296. https://doi.org/10.1109/2944.902180
5. Hönninger C., Paschotta R., Graf M., Genoud F.M., Zhang G., Moser M., Biswal S., Nees J., Braun A., Mourou G.A., Johannsen I., Giesen A., Seeber W., Keller U. Ultrafast ytterbium-doped bulk lasers and laser amplifiers // Appl. Phys. B. 1999. V. 69. P. 3–17. https://doi.org/10.1007/s003400050762
6. Schneider W., Ryabov A., Lombosi Cs., Metzger T., Major Zs., Fülöp J.A., Baum P. 800-fs, 330-μJ pulses from a 100-W regenerative Yb:YAG thin-disk amplifier at 300 kHz and THz generation in LiNbO3 // Opt. Lett. 2014. V. 39. № 23. P. 6604–6607. https://doi.org/10.1364/OL.39.006604
7. Russbueldt P., Mans T., Weitenberg J., Hoffmann H.D., Poprawe R. Compact diode-pumped 1.1 kW Yb:YAG Innoslab femtosecond amplifier // Opt. Lett. 2010. V. 35. № 24. P. 4169–4171. https://doi.org/10.1364/OL.35.004169
8. Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. High-power fiber lasers // Nat. Photonics. 2013. V. 7. P. 861–867. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.273
9. Markovic V., Rohrbacher A., Hofmann P., Pallmann W., Pierrot S., Resan B. 160 W 800 fs Yb:YAG single crystal fiber amplifier without CPA // Opt. Express. 2015. V. 23. № 20. P. 25883–25888. https://doi.org/10.1364/OE.23.025883
10. Yang J., Kim J.W., Sall E., Lee B., Jeong B., Park S., Kim C., Yashin V.E., Kim G.H. Femtosecond laser system based on thin rod active Yb:YAG elements with high average output power and pulse energy // Quantum Electron. 2021. V. 51. № 10. P. 873–877. https://doi.org/10.1070/QEL17622
11. Peng Z., Shi Y., Bu X., Hong C., Li H., Xu Y., Wang P. 21 W, 105 μJ regenerative amplifier based on Yb:YAG SCF and NALM fiber oscillator // IEEE Photonic. Tech. L. 2020. V. 32. № 6. P. 333–336. https://doi.org/10.1109/LPT.2020.2974068
12. Wang N., Wang X.L., Hua X.H., Zhang T., Yuan H., Zhang W., Li F., Wang Y.S., Zhao W. 41.8 W output power, 200 kHz repetition rate ultra-fast laser based on Yb:YAG single crystal fiber (SCF) amplifier // Opt.Laser Technol. 2020. V. 127. P. 106202. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106202
13. Kim J.W., Park S., Kim G.H., Yashin V.E., Yang J. A 1030 nm all-PM SESAM mode-locked dissipative soliton fiber oscillator and its amplification with Ybdoped fiber and a Yb:YAG thin rod // Laser Phys. 2022. V. 32. № 10. P. 105102. https://doi.org/10.1088/1555-6611/ac92dc
14. Li F., Zhao W., Wang Y., Li D., Song D., Li Q., Yang Y., Wen W. Large dispersion-managed broadband highenergy fiber femtosecond laser system with sub 300 fs pulses and high beam quality output // Opt. Laser Technol. 2023. V. 157. P. 108653. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108653
15. Madeikis K., Viskontas K., Danileviičus R., Michailovas A. All-optical repetition rate stabilization methods for ultrafast Yb-based SESAM mode-locked fiber oscillator // Opt. Fiber. Technol. 2021. V. 65. P. 102636. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102636
16. Chong A., Buckley J., Renninger W., Wise F. All-normal-dispersion femtosecond fiber laser // Opt. Express. 2006. V. 14. № 21. P. 10095–10100. https://doi.org/10.1364/OE.14.010095
17. Szczepanek J., Kardaś T.M., Radzewicz C., Stepanenko Y. Ultrafast laser mode-locked using nonlinear polarization evolution in polarization maintaining fibers // Opt. Lett. 2017. V. 42. № 3. P. 575–578. https://doi.org/10.1364/OL.42.000575
18. Verhoef A.J., Zhu L., Israelsen S.M., Nielsen L.G., Unterhuber A., Kautek W., Rottwitt K., Baltuška A., Fernández A. Sub-100 fs pulses from an all-polarization maintaining Yb-fiber oscillator with an anomalous dispersion higher-order-mode fiber // Opt. Express. 2015. V. 23. № 20. P. 26139–26145. https://doi.org/10.1364/OE.23.026139
19. Diel J.C., Rudolph W. Ultrashort laser pulse phenomena. Elsevier, 2006. 680 p.
20. Guo Z., Hao Q., Yang S., Liu T., Hu H., Zeng H. Octavespanning supercontinuum generation from an NALM mode-locked Yb-fiber laser system // IEEE Photonic. J. 2017. V. 9. № 1. P. 1600507. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2017.2655003