Sub-15 femtosecond pulse generation from a kerr-lens mode-locked Cr:LiSAF laser near 850 nm with a gain-matched output coupler

Kararlı ultra kısa süreli darbe üretebilen ve uzun süre çalışabilen lazerler, malzeme işleme, biyomedikal görüntüleme ve spektroskopi alanlarında birçok uygulamaya sahiptir. Ultra kısa darbe üretiminde Kerr?odaklamalı kip?kilitleme (KLM) yöntemi en çok kullanılan ve en bilinen tekniklerdendir. KLM yöntemindeki en önemli dezavantajlardan biri, doğrusal olmayan kırılma indisinin küçük olduğu malzemelerde, Kerr etkisinin de zayıf olarak gözlenmesidir. Bu da modülasyon derinliğini azaltmakta ve dolayısıyla, kararlı bir şekilde kip kilitli rejimde çalışmayı zorlaştırmaktadır. Bundan dolayı, Cr:LiCAF ve Cr:LiSAF gibi düşük doğrusal olmayan kırılma indisine sahip olan kazanç ortamları ile KLM elde etmek oldukça zordur. Doğrusal olmayan kırılma indisinden kaynaklanan bu zorluğu aşmak için son yıllarda, özgün bir yöntem olan kazanç eşleşmeli çıkış aynası (GMOC) kullanımı önerilmiştir. GMOC aynasının geçirgenlik spektrumu kip?kilitli rejiminde, sürekli dalga rejimine göre daha yüksek optik kazanç sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Bu da lazerin zamanda kararlılığını artırmaktadır. Bu çalışmada, bu yaklaşımla GMOC teknolojisi 850 nm civarında çalışan düşük maliyetli diyot ile direk pompalanan bir Cr:LiSAF lazerine uygulanmıştır. Deneylerde, ekonomik, 660 nm civarında çalışan bir diyot lazeri, herhangi bir soğutma sistemine ihtiyaç duyulmadan pompa olarak kullanılmıştır. Astigmatik sapması düzeltilmiş, x rezonatörü içerisine 6 mm uzunluğunda ve % 1.5 Cr katkılanmış LiSAF kristali yerleştirilmiştir. Deneylerde kullanılan GMOC aynasının merkez dalga boyu civarındaki geçirgenliği % 0.7?dir. En kısa süreli darbeleri elde edebilmek için, lazer rezonatörü içerisine eksi dispersiyona sahip aynalar ve prizma çifti yerleştirilmiştir. Bu durumda net rezonatör dispersiyonu ?50 fs2 civarındadır. GMOC aynası yardımıyla KLM rejimi başlatıldığında, bu tasarımda 13 fs uzunluğunda, 25 mW ortalama güce sahip, merkez dalgaboyu 855 nm?de ve tekrarlama frekansı 126 MHz olan darbeler üretilmiştir. Ayrıca, farklı dispersiyon değerlerinde kip?kilitli rejimin çalışma özellikleri incelenmiş ve femtosaniye lazerin çıkış dalgaboyu 850 civarında ayarlanabilmiştir. Deneysel sonuçlar, GMOC aynası kullanılarak, doğrusal olmayan kırılma indisi küçük Cr:LiSAF lazeri ile kararlı ve dayanaklı bir şekilde femtosaniye darbe üretilebileceğini göstermiştir.