Bliskovni vlakenski laserji velikih vršnih moči na osnovi mikro-strukturiranih aktivnih optičnih vlaken

Glavni rezultati projekta pomembni za razvoj znanosti se na nanašajo na: 1. Bliskovno delovanje Er:ZBLAN vlakenskega laserja z izhodno valovno dolžino v območju 2,8 µm, ki je še posebej zanimiva za medicinske aplikacije zaradi absorpcije v vodi. Vršna moč, ki je bila dosežena, je v času objave predstavljala absolutni rekord za tak tip vlakenskih laserjev. Raziskava je bila objavljena v prispevku: Diodno črpani bliskovni Er:ZBLAN vlakenski laser visoke moči (High-power pulsed diode-pumped Er:ZBLAN fiber laser) – objavljeno v »Optics Letters«. 2. Izveden je bil uspešen poskus preklopa dobrote s pomočjo foto-elastičnega modulatorja in mikro-strukturiranega aktivnega optičnega vlakna. Z enakim tipom modulatorja smo uspeli tudi demonstrirati povečanje moči (power scaling) laserja s preklopom dobrote, pri čemer se je izhodna moč ob podvojeni frekvenci ponavljanja skoraj podovojila. Del raziskave je bil financiran tudi s strani EU projekta ALPINE. Objavljena je bila v članku: Pomnoževanje izhodne moči s časovnim multipleksiranjem s foto-elastičnim modulatorjem v več-kanalnem laserju z akusto-optičnim preklopom dobrote (Power scaling of AOM-switched lasers with SCPEM-based time-multiplexing) objavljeno v Optics Letters. Delno poročilo pa je bilo sprejeto v objavo v revijo Applied Physics B (Influence of the retardation of the multiplexing element in a dual channel Q-switched laser). 3. Poročilo o laboratorijski postavitvi Kontinuiranega vlakenskega laserja z ozkim spektrom in visoko stopnjo polarizacije, ki je primeren za frekvenčno podvojevanje, je bilo objavljeno v članku z naslovom: Kontinuirani vlakenski laser za frekvenčno podvojevanje (CW fiber laser for second harmonic generation) objavljeno v Stojniškem vestniku. 4. V okviru raziskav Er-dopiranega vlakenskega laserja je bila objavljena študija: Spektralna dinamika bliskovnega Er-dopiranega fluoridenga vlakenskega laserja črpanega z laserskimi diodami (Spectral dynamics of pulsed diode-pumped erbium-doped fluoride fiber lasers) objavljeno v Journal of the Optical Society of America.Series B, optical physics.

Rezultati projekta že imajo in bodo še imeli neposreden in posreden vpliv na bodočo proizvodnjo laserskih sistemov v Sloveniji predvsem pri proizvajalcih, ki so neposredno sodelovali pri projektu (LPKF, Fotona, Optotek). Pričakujemo predvsem uvajanje novih rešitev predvsem v primeru sistemov za mikro-obdelave v industriji, kjer aktivnosti že potekajo, in na področju terapevtskih laserskih sistemov za uporabo v medicini. Takšne rešitve bodo prispevale k boljši kakovosti in večji tehnološki dovršenosti omenjenih sistemov na globalnem trgu. Z uvedbo novih izvorov, ki temeljijo na tehnologiji aktivnih optičnih vlaken, v naslednjih letih pričakujemo, da se bo povečala kvaliteta, zanesljivost in življenjska doba instrumentov na področju medicinskih aplikacij in s tem povečala učinkovitost terapije zdravljenja bolezenskih stanj v medicini. Prav tako pričakujemo, da se bodo z uvedbo novih laserskih sistemov temelječih na aktivnih vlaknih za uporabo v industriji, odprle možnosti za nove aplikacije in s tem povečala konkurenčnost slovenske industrije laserskih sistemov. Ključni rezultati projekta, ki bodo imeli največji vpliv, so: 1. Razvoj Er:ZBLAN vlakenskega laserja z delovanjem v kvazi-kontinuirnem načinu na osnovi hitrega preklopa črpalnih diod. Vršna moč, ki je bila dosežena v času izvajanja eksperimenta, je takrat predstavljala absolutni rekord za tak tip vlakenskih laserjev. Er:ZBLAN vlakenski laserji so še posebej pomembni, ker gre v tem primeru za izhodno valovno dolžino v območju 3µm, kjer ima voda močno absorpcijo. Takšni laserji so izredno pomembni predvsem za uporabo v medicini, kjer je zaželena absorpcija v bioloških vzorcih (tkivih). V današnjem času je to območju še vedno pokrito takorekoč izključno s klasični trdninskimi laserji, z npr Er:YAG kot aktivnim sredstvom in posledično s prostostoječo optiko. Preprosta integracija v optično vlakno v tem primeru žal ni možna. Standardna optična vlakna, ki so izdelana iz kvarčnega stekla (SiO2) svetlobo v tem območju namreč močno atenuirajo in zato niso primerna za uporabo. Trenutno naj bolj obetavna so optična vlakna osnovana na ZBLAN, ki jih je moč tudi dopirati z aktivnimi ioni erbija. Žal pa se izkaže, da gre v tem primeru za zelo občutljivo vlakno tako termično kot mehansko. Postaviti je bilo potrebno posebne tehnološke postopke tako za samo obdelavo aktivnega optičnega vlakna kot tudi za samo optično črpanje. Del raziskave, ki je relevanten za znanost je bil objavljen »Optics Letters«: z naslovom »High-power pulsed diode-pumped Er:ZBLAN fiber laser«. 2. Za uporabo v medicini in s tem za slovenske proizvajalce medicinskih laserskih sistemov je pomemben tudi kontinuirani vlakenski laser z ozkim izhodnim spektrom in polariziranim izhodom primernim za frekvenčno podvojevanje. V okviru raziskave je bil razvita laboratorijska postavitev kontinuirnega, diodno vzbujanega, vlakenskega laserja tipa oscilator-ojačevalnik z enostopenjskim, iterbijevim, mikro-strukturiranim vlakenskim ojačevalnikom. Laser je pripravljen za frekvenčno podvojevanje, pri čemer je možno dobiti izhod z valovno dolžino 532 nm, ki je zanimiv z uporabo v medicine. 3. Za uporabo v industrijskih procesih pa je najpomembnejša postavitev sub-ns vlakenski ojačevalnik na osnovi mikro-strukturiranih vlaken. V sklopu raziskav povezanih s to laboratorijsko postavitvijo so bila pridobljena številna znanja, ki bodo posredno in tudi neposredno uporabljena za izdelavo prototipa, ki ga namerava podjetje LPKF zasnovati kot visokozmogljiv ps laserja za mikro-procesiranje v industrijskih aplikacijah.