Kürzlich hat ein Forschungsteam des High Power Laser Unit Technology Laboratory des Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) mithilfe einer verbesserten chemischen Gasphasenabscheidung eine hochkonzentrierte Ytterbium-dotierte Quarzfaser hergestellt (MCVD)-Technologie kombiniert mit einem Flüssigphasen-Dotierungsprozess und baute mit der Faser einen Ultrakurzkavitäts-Faserlaser, der eine Einzelfrequenz- und eine hochfrequenzverriegelte Laserleistung im 1-µm-Band erreicht, jeweils. Die Ergebnisse werden als „Yb/Al/P/Ce-kodotierte Quarzfaser mit hoher Ytterbiumkonzentration für 1-μm-Faserlaseranwendungen mit ultrakurzem Hohlraum“ präsentiert. „Yb/Al/P/Ce co-dotierte Silica-Faser mit hoher Ytterbium-Konzentration für 1-μm-Faserlaseranwendungen mit ultrakurzem Hohlraum“ wurde in Optics Express veröffentlicht.
Hochleistungsfähige Einzelfrequenz- und Hochfrequenz-Faserlaser mit modengekoppelter Faser erfordern Ytterbium-dotierte Fasern mit hohen Verstärkungskoeffizienten, hoher Konversionseffizienz und geringer Photonenverdunkelung. Aufgrund der geringen Auflösung seltener Erdionen in der Quarzmatrix wird der Clustereffekt seltener Erdionen, der durch eine hohe Dotierungskonzentration verursacht wird, die Laserleistung der Faser erheblich beeinträchtigen. Das Forschungsteam stellte durch Optimierung der Kernkomponenten eine Yb/Al/P/Ce-kodotierte Quarzfaser her, bei der die Yb-Ionendotierungskonzentration 2,5 Gew.-% beträgt und der Kernabsorptionskoeffizient 1400 dB/m bei 976 nm erreicht.
Abbildung 1. Eigenschaften hochdotierter Yb/Al/P/Ce-Quarzfasern. a) Brechungsindexverteilung, b) Dotierungselementverteilung, c) Kernverlustspektrum und d) Kernabsorptionsspektrum.
Um die Laserleistung der selbst entwickelten Hochkonzentrationsfaser in praktischen Anwendungsszenarien zu charakterisieren, bauten die Forscher aus der Faser zwei ultrakurze Resonanzhohlräume mit Vollfaserstrukturen für Laserexperimente. Zunächst wurde ein DBR-Laserhohlraum (Distributed Bragg Reflection) unter Verwendung einer mit Ytterbium dotierten Faser von 1-cm konstruiert und ein einzelner Longitudinalmodus-Laserausgang mit einer Leistung von 75 mW und einer Linienbreite von 14 kHz erfolgreich erreicht. Anschließend wurde ein passiver modengekoppelter Faserlaser auf Basis eines halbleitersättigbaren Absorberspiegels (SESAM) mit einer Verstärkungsfaserlänge von 8,4 cm und einem gepulsten Laserausgang mit einer Wiederholfrequenz von 1,23 GHz und einer Pulsbreite von 6,4 ps konstruiert erreicht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Herstellung hochkonzentrierter Ytterbium-dotierter Quarzfasern mit hervorragender Laserleistung voraussichtlich für hochpräzise Fasersensoren, optische Frequenzkämme und andere Bereiche der Forschung und Entwicklung von Hochleistungsfaserlasern eingesetzt werden kann.
