エルビウムの安定性の改善

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20267 (2022) この記事を引用

675 アクセス

3 引用

メトリクスの詳細

この論文では、溶液法 (SM) とパルス レーザー蒸着技術 (PLDT) の 2 つのスキームを使用して作製した ZnO 可飽和吸収体 (SA) をベースとしたエルビウムドープ ファイバー レーザー (EDFL) の性能と安定性を紹介します。 SM を使用して調製された ZnO-SA を含む EDFL は、230 mW のポンプ出力下で 1561.25 nm で発光することが観察されました。 ポンプ出力が 22.2 mW から 75.3 mW に増加すると、パルス持続時間は 24.91 μs から 10.69 μs に減少し、パルス繰り返し率は 11.59 kHz から 40.91 kHz に増加します。 75.3 mW のポンプ パワーに加えて、ピーク パワー、パルス エネルギー、および平均出力パワーは、それぞれ 0.327 mW、2.86 nJ、および 0.18 mW と測定されます。 しかし、PLDT ベースの SA がリングキャビティに組み込まれた場合、230 mW のポンプパワーで発光波長が 1568.21 nm に認められます。 ポンプパワーが 22.2 mW から 418 mW に増加すると、パルス繰り返し率は 10.79 kHz から 79.37 kHz に増加し、パルス幅は 23.58 µs から 5.6 µs に減少します。 さらに、ピーク電力、パルスエネルギー、および平均出力電力は、それぞれ 10.9 mW、74 nJ、および 5.35 mW であることが観察されます。 SM および PLDT を使用して調製された SA に基づく EDFL の安定性も調査されています。 著者の知る限り、これは 2 つの実験手法 SM および PLDT ベースの SA に基づいた EDFL の性能と長期安定性の最初の比較です。 これらの発見は、PLDT ベースの SA が、従来の SM 技術を使用して調製された SA と比較して、長期間にわたって最適な安定性を提供し、ファイバーレーザーの性能を向上させることを示唆しています。 この研究は、パルスレーザー源やフォトニックデバイスにおける潜在的な応用のための超安定SAの開発への道を切り開きます。

パルスファイバーレーザーは、分光法、材料加工、微細加工、医療、通信における潜在的な用途のため、近年大きな注目を集めています1、2、3。 レーザーでのパルス形成では、可飽和吸収体 (SA) がキャビティ内に挿入され、レーザーの Q スイッチングやモードロックに主に使用される光損失を変調します。 したがって、SAはファイバーレーザーの超短パルス動作を実現するための重要なコンポーネントです。 カーボンナノチューブ4,5、グラフェン6、酸化膜ベースのSA7,8、半導体可飽和吸収ミラー(SESAM)9,10、トポロジカル絶縁体11,12などのさまざまなSAが、パッシブモード用のファイバーレーザーやキャビティに実装されています。 -ロックされたパルスの生成。 酸化膜の中でもZnO材料は電気的・光学的特性から有力な材料と考えられています。 ZnO は、3.37 eV の直接バンドギャップ 13、最適な熱的、化学的、機械的安定性、低いしきい値電圧、および超高速の回復時間を備えています 14、15、16、17。 これらの興味深い特性により、ZnO には短波長光電子デバイス、紫外 (UV) レーザー ダイオード、および発光ダイオードへの応用の可能性があります 18。 ごく最近では、エルビウム/イッテルビウムをドープしたファイバーレーザーの ZnO ベースの SA が研究者から大きな注目を集めています。 理想的な SA の基本的な特性は、長期安定性、高い損傷閾値、速い回復時間、低い飽和強度、最適な変調深さ、レーザーキャビティでの製造と実装の容易さです。 複雑な光学的位置合わせ、安定性、複雑な製造プロセス、および環境への影響により、Q スイッチングおよびモードロック動作用の SA の実際の用途が制限されます。 ファイバーフェルールへのナノ粒子の堆積 19,20、溶液法 (SM)21,22,23、パルスレーザー堆積技術 (PLDT)24,25 などの多くの実験技術が提案され、Q 用のレーザーキャビティ内に SA を製造することが実証されています。 -光パルスのスイッチングとモードロック。 ただし、SM やナノ粒子ベースの技術などの従来の技術を使用して調製された SA は、環境に敏感で損傷閾値が低いため、非常に不安定であり、レーザーキャビティ内で位置合わせすることが困難です。 文献では、EDFL の短期安定性が報告されており、光スペクトルの出力パワーが 30 ～ 60 分間測定されました 26、27、28、29。 短期間のタイミング安定性は、長期間にわたって一定で安定したパルス動作が必要とされるパルスファイバーレーザーの実際の用途を制限します。 この課題に対処するために、まず、連続 5 時間の出力パルス動作のピークツーピーク電圧 (VP-P) の観点から、提案した EDFL の安定性を測定しました。 さらに、位置合わせが容易で、レーザーキャビティ内に高い損傷閾値を提供するファイバーレーザー用の非常に安定した SA を製造するための最良のアプローチを特定するために、提案されているさまざまな実験技術の比較が強く望まれています。