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来源:www.laser08.com 时间:2022-09-30 点击:859
在网络通信快速发展的过程中,熔融石英光纤被广泛应用于各种通信和传感器,已成为现代互联网时代不可或缺的一部分。随着在线通信的不断发展和物联网(IoT)的逐步发展,对光纤的要求也从单一功能的传输技术向多功能技术转变。这无疑对当今的光纤生产提出了新的要求和要求。
为了解决这个问题,研究人员建议使用增材制造(3D 打印)从上到下加工光纤。然而,传统的 3D 打印技术无法保证石英玻璃所需的高加工温度。面对这个问题,哈尔滨工业大学和新南威尔士大学的研究人员利用数字光处理(DLP)3D打印技术“防不胜防”。纤维预制棒的重量尺寸从毫米增加到厘米,通过控制纤维拉伸过程中的重量参数生产单丝和多模纤维。
为了形成纤维,研究人员将制造过程分为五个阶段:
(1) 嵌入无定形有机硅颗粒的紫外敏感树脂的制备;
(2)使用商用DLP 3D打印机打印设计好的预制产品;
(3)将制备好的树脂在成型坯的壳体上填孔,然后加热固化;
(4) 退火过程中的脱脂和烧结,以去除水分、熔融聚合物基材和纳米颗粒;
(5)高温烧结,进一步去除杂质,在拉丝过程中将二氧化硅颗粒掺入玻璃中。
在这个印刷过程中,研究人员发现,通过退火和烧结降低水分时,单核纤维损失显着降低,通过增加圆度进一步降低水分和纤维含量。芯和鞘。 .
研究人员还表明,可以将活性杂质添加到增材制造过程中,以赋予纤维更多的功能和特性:例如,他们使用铋和铒的氧化物和离子,从一个和七个铋铒核中制造纤维。硬币。另一种掺杂光纤 (BEDF) 能够在 830nm 泵浦激发下显示超宽带近红外 (NIR) 辐射,几乎覆盖整个电信 OL 范围,也被认为是下一代光纤的中等活性光纤。 .带有光纤放大器的光通信系统。
研究人员还认为,光纤正在从单一功能传输技术向多功能能力发展,未来对这些光纤特定应用的需求将越来越多。此外,他们认为增材制造技术是光纤制造的潜在突破,可扩展光纤特性,实现扇出和多芯光纤的多路复用,以及在不拼接的情况下实现光纤的空间分离。时尚搭配等应用。
从振荡器直接输出千兆赫飞秒激光基本上包括三种方法:谐波状态锁定、克尔透镜(KLM)状态锁定和基于镜子的被动状态锁定饱和吸收(SESAM)。谐波阻断主要用于光纤激光器。它采用独奏分频,使重复频率翻倍,实现数百次谐波锁模,重复频率可达10GHz以上。但同步谐波状态下脉冲宽度的均匀性较难,同步抖动较大。 SESAM 空间锁定技术适用于广泛的激光器,例如光纤激光器、垂直空心半导体激光器(VECSEL)、半导体激光器等。KLM技术广泛应用于钛蓝宝石-飞秒激光器和掺镱(Yb)振荡器等半导体放大器件中的飞秒振荡器。
无论是SESAM锁模技术还是KLM技术,都是通过缩短谐振腔长度来实现高重复频率的。例如,1 GHz 的重复频率要求激光器在腔内每 1 ns 振荡一次,即 TIME。对于线性腔(永久波腔),腔的长度应小于 150 mm,对于环形腔(动波腔),腔的长度应小于 300 mm。
除了由于腔体短而需要仔细设计腔体之外,由于高重复频率导致的单脉冲能量低以及由于光学元件数量少而导致的散射补偿差也是挑战。飞秒激光器的主要结构。千兆赫。然而,基于 SESAM 锁模技术和 KLM 技术的 GHz 飞秒振荡器近年来取得了许多令人瞩目的成果 [1]。
SESAM 是由教授发明的。来自苏黎世的 W. Keller ETH 于 1992 年首次用于在半导体振荡器中实现被动稳态同步。 2002年,课题组教授。 W. Keller 开发了 SESAM,通过调整 SESAM 调制深度、饱和流量等参数,实现了高达 157 GHz 的 Nd: YVO4 激光重复频率。抗饱和输出电流被阻断在被动状态。 2008 年,W. Keller 教授的研究团队将 Er: Yb 玻璃固态激光器的重复频率提高到 101 GHz。上述GHz半导体发生器的脉冲宽度受增益介质带宽和扩散补偿复杂程度的限制,在皮秒量级。
2008年,日本富士胶片公司采用最先进的SESAM阻断技术,首次实现了2.8GHz飞秒激光器的功率,平均性能达到680度。兆瓦。此后,W. Keller教授的研究团队在V型腔、Z型腔和直接腔中使用多模LD耦合高功率光纤泵浦Yb:KGW、Yb:CALGO等晶体。 .谐振器设计。刷新率从 1 GHz 逐渐增加到 10 GHz。由于使用了高质量的 SESAM,并且 SESAM 的无源状态锁定不会太窄而无法解释谐振器内的状态,因此平均输出功率通常大于 1W。重复频率1GHz,脉冲宽度~100fs。 > 1 W,平均输出功率对应大于1 nJ的单个能量脉冲,峰值功率达到几千瓦,足以产生非线性单位的倍频程脉冲,如示例B.光子晶体创建超连续的纤维。具有GHz重复频率的飞秒光频率发生器,可用于精密光谱学等领域的研究。
近年来,VECSEL 也发展迅速,具有 GHz 重复率的同步 SESAM 模式。与 Yb 半导体激光器一样,VECSEL 可以由高功率光纤耦合多模 LD 泵浦,因此它的输出功率可以超过瓦特,并且输出波长可以变化。涉及切割半导体胶带。目前,具有 GHz 重复率的 VECSEL 可迅速扩展到低于 200 fs 的脉冲宽度和千瓦范围内的峰值功率 [2]。
实现高频飞秒激光器的主要技术依赖于半导体器件的“生产”,包括SESAM和VECSEL,国内技术的发展还有很长的路要走。
KLM 技术于 1991 年在 Ti:Sapphire 振荡器中首次发现,后来被称为“Magic Mode-Locking”或“Self-Mode-Locking”。后来,研究人员甚至发现这种自制动装置类似于激光放大装置。与克尔透镜效应有关,后来称为克尔透镜光阑。因此,KLM 需要比 SESAM 状态阻断更严格的腔设计和腔内空间适应。钛晶体的吸收峰:蓝宝石在蓝绿光波段,广泛采用高质量、高亮度、宽光束的氩离子激光器,使半激光器频率加倍。用于抽吸,可产生美丽的结晶状态。由于其快速饱和特性,Ti:Sapphire 激光器可以快速获取小于 10 fs 的极短脉冲。
对于高重复率,KLM 激光器通常使用具有四个镜面谐振器的结构。重复频率为1GHz,腔长只有300mm,可以使用曲率半径小的凹面镜,晶体形成的激光束大小为几十微米,瑞利长度它很短。因此,GHz重复频率的KLM振荡器必须使用光束质量更好的泵浦源,使泵浦光和激光模式在晶体中提供良好的兼容模式,以保证高效率。同时,由于瑞利长度和补偿散射分量数量的限制,KLM振荡器中通常使用短(22毫米)激光晶体,重复频率为GHz,因此希望它们具有非线性高。
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