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[하이라이트 논문] 한국광학회지 Vol. 35 No.5 (2024 Ocotber)

사무국 hit 464 date 2024-10-25

Soliton Mode-locking and Numerical Analysis of Yb3+-doped Potassium Double Tungstate Lasers in Compact Laser Cavity Geometries
Yb3+ 도핑된 칼륨 이중 텅스테이트 결정을 이용한 소형 공진기에서의 솔리톤 모드 잠금 레이저 구현 및 수치 해석

김덕우 ㆍ고광훈ㆍ이상민

 

 


 

한국광학회지  Vol. 35 No.5  (2024 October) pp. 241-249
DOI: https://doi.org/10.3807/KJOP.2024.35.5.241

 


 



Fig. 1  Schematic of experimental setup. LD, polarization maintaining fiber-coupled laser diode; COL, fiber collimator (NA = 0.50);
HWP, half-wave plate; Lens, pump focusing lens with a focal length of 50 mm; M 1,2 , concave mirrors with a radius of curvature of 50 mm; OC, output coupler; CM, GTI chirped mirror; C, laser crystal.

 

 

 

Keywords: 펨토초 레이저, 모드 잠금, 이터븀
OCIS codes: (140.3580) Lasers, solid-state; (140.3615) Lasers, ytterbium; (140.4050) Mode-locked lasers; (140.7090) Ultrafast lasers; (190.5530) Pulse propagation and temporal solitons

 

초록
본 연구에서는 Yb3+ 이온이 도핑된 세 종류의 이중 텅스텐 결정, Yb:KGdW, Yb:KYW 및 Yb:KLuW을 사용하여 1039 nm의 중심파장 영역에서 반복율이 405 MHz인 연속파 모드 잠금된 소형 고체 레이저를 구현하였다. 모드 잠금을 위한 광스위칭 소자로 반도체 포화 흡수체 거울을 사용하였고, 모드 잠금 상태들은 세 결정 모두에서 수 시간 이상 Q-스위칭 불안정성 없이 안정적으로 동작하였다. 특히 Yb:KGdW 결정을 이용한 레이저는 최고 출력 125 mW에서 108 fs의 펄스폭을 갖는 펄스를 방출하였다. 또한 표준 분할 단계 푸리에 방법을 이용하여 공진기의 군지연 분산 및 자체 위상 변조를 고려한 Haus Master 방정식을 수치 해석으로 풀고, 그 결과를 실험결과와 비교 및 분석하였다.



Abstract
In this study, we demonstrate compact mode-locked laser operations using three different kinds of Yb3+-doped potassium double tungstate laser crystals, Yb:KGdW, Yb:KYW and Yb:KLuW, operating near 1040 nm at a repetition rate of 405 MHz. We utilized a semiconductor saturable absorber mirror (SESAM) as a mode locker, successfully maintaining mode-locked states for several hours without any Q-switching instabilities for all types of laser crystals. Notably, the Yb:KGdW mode-locked laser produces the shortest pulse with a duration of 108 fs, delivering 125 mW of output power. Additionally, we conducted a numerical analysis by solving the Haus Master equation, which incorporates the effect of group delay dispersion and self-phase modulation, using the standard split-step Fourier method.