Chinesisches Institut erzielt Fortschritte bei der Strahlkombination von Mittelinfrarot-Lasern

Forscher am Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben Fortschritte bei der spektralen Kombination von leistungsstarken, kontinuierlichen Mittelinfrarot-Laserstrahlen bekannt gegeben. Ihre in Optics Letters veröffentlichte Arbeit stellt eine neuartige Architektur vor, die frühere Einschränkungen bei der Erzielung hoher Ausgangsleistungen überwindet.

Mittelinfrarot-Laser sind für Anwendungen unerlässlich, die von Gasdetektion und Freiraumkommunikation bis hin zu biomedizinischer Bildgebung und nationaler Sicherheit reichen. Die spektrale Strahlkombination ist eine Schlüsseltechnik zur Erhöhung der Laserleistung und zur Erweiterung ihres Spektrumbereichs, ohne die Strahlqualität zu beeinträchtigen. Traditionelle Methoden, die auf großen Einzelgittern basieren, stoßen jedoch auf erhebliche Herstellungsschwierigkeiten, insbesondere bei mittelinfraroten Wellenlängen, was die Entwicklung von Mehrkanal-Hochleistungssystemen behindert.

Das SIOM-Team schlug eine 'Jigsaw-Grating'-Architektur zur spektralen Strahlkombination vor. Dieses Design nutzt mehrere kleinere Teilgitter, die in einem äquivalenten Raum mit großer Apertur verteilt sind, um mehrere Mittelinfrarot-Laserstrahlen effizient zu kombinieren. Dieser Ansatz umgeht die Notwendigkeit von sehr großen Einzelgittern, reduziert die Herstellungskomplexität und verbessert die Skalierbarkeit von Mehrkanal-Systemen.

In ihrer experimentellen Validierung verwendete das Team selbst entwickelte, hocheffiziente, goldbeschichtete Mittelinfrarot-Gitter. Sie bauten ein Vierkanal-System zur Kombination von OPO (optische parametrische Oszillator)-Lasern mit zentralen Wellenlängen, die von 3,1 bis 3,7 μm abstimmbar sind. Das System erreichte eine kombinierte Ausgangsleistung von 50,8 W mit einer Gitterkombinationseffizienz von 92,1 %, wobei die Strahlqualität gut erhalten blieb (Mx²=1,76, My²=1,46). Diese Ausgangsleistung wird als hohes Niveau für aktuelle Ergebnisse bei der spektralen Kombination von Mittelinfrarot-Lasern im 3-5-μm-Bereich berichtet.

Diese Forschung bietet einen neuen technischen Weg zur Skalierung von Mittelinfrarot-Mehrkanal-Spektralstrahlkombinationssystemen von zehn auf hundert Watt. Sie bietet auch eine Referenz für den Aufbau von Hochleistungslaserplattformen über verschiedene Spektralbänder hinweg, von sichtbar bis Terahertz.