Millifocal less-cycle laser sources in the short-wavelength infrared can drive two-color plasmas to produce terahertz pulses at higher efficiencies, as well as optically aberrated mid-infrared femtosecond pulses >5 μm in niet-oxidekristallen. Het met Thulium gedoteerde fiberlasersysteem kan honderd femtosecondepulsen produceren met een centrale golflengte nabij 2 μm. De Limpert-groep in Jena, Duitsland, synthetiseerde op coherente wijze de output van vier met thulium gedoteerde vezelversterkers in 2022 [1], en verkreeg uiteindelijk 85 fs-pulsen met een pulsenergie van 1,65 mJ en een herhalingsfrequentie van 100 kHz, die de beperkingen van een enkele optische vezel op de enkele pulsenergie en het gemiddelde vermogen. Het apparaat wordt getoond in figuur 1.
Figuur 1 Schematisch diagram van het coherente syntheseapparaat met vier met thulium gedoteerde vezels.
Om de pulsbreedte verder te verkorten, zal de groep van Limpert in 2023 bovenstaand apparaat als front-end gebruiken en holle-kern optische vezels gebruiken voor compressie. De structuur van het compressieapparaat wordt getoond in figuur 2, inclusief twee vacuümkamers voor respectievelijk invoer en uitvoer, en een hoogspanningskamer voor niet-lineaire verbreding, die gevuld is met argongas. Om de waterdampabsorptie te verminderen, wordt de luchtdruk in beide vacuümkamers behouden<1 mabr. The bottom side of the high-voltage chamber is equipped with water cooling to dissipate the heat, avoiding harmful thermal effects at high power. The hollow core fiber is placed on a long straight V-groove to avoid bending loss. The core diameter of the hollow core fiber is 500 μm, the length is 1.05 m. The internal nonlinear gas is selected as argon, and the theoretical maximum passing efficiency is 89.5%.
Figuur 2 Schematisch diagram van het compressieapparaat voor holle kernvezels
Door geleidelijk de gasdruk in de holte te verhogen, worden de overeenkomstige outputresultaten weergegeven in figuur 3. Wanneer de gasdruk lager is dan 3 bar, is het uitgangsvermogen ongeveer 139 W en blijft de straalkwaliteit goed (figuur 3a). Wanneer de luchtdruk hoger is dan 3 bar, begint het uitgangsvermogen af te nemen en verslechtert de straalkwaliteit aanzienlijk, en is de vlek bij 4,25 bar afgeweken van de Gauss-straal, zoals weergegeven in figuur 3b. Figuur 3c analyseert de spectrale breedten van de outputs onder verschillende luchtdrukken. Nadat de luchtdruk de 3 bar overschrijdt, verbreden de spectra niet langer significant met de toename van de luchtdruk, en blijven de overeenkomstige transformatielimietpulsen in principe onveranderd. De auteurs hielden rekening met de bovenstaande factoren en kozen uiteindelijk voor een luchtdruk van 3 bar voor de daaropvolgende experimenten.
Fig. 3 Outputresultaten van verschillende luchtdrukken in een holle kernvezel
De spectra en autocorrelatiecurven gemeten bij een luchtdruk van 3 bar worden getoond in figuur 4, waarbij de spectra 1,2 μm -2 0,4 μm bestrijken. Nadat een paar piepende spiegels zijn gebruikt om de spreiding te compenseren, wordt de pulsbreedte teruggebracht tot 10.2 fs, is het gemiddelde vermogen 132 W en is de belangrijkste piekenergie van de pulsen verantwoordelijk voor 66 procent van de energie, met een piekvermogen van maar liefst 80 GW. Figuur 5 demonstreert de resultaten van de stabiliteitstest, en de relatieve intensiteitsruis van de front-end-uitvoer is 0,75 procent. dat is geconcentreerd in het frequentiebereik van 20 Hz tot 50 kHz. Na niet-lineaire pulscompressie ligt de belangrijkste geluidsbijdrage in het lage frequentiebereik van slechts 2 kHz, wat afkomstig is van de mechanische trillingen van de waterkoeling en de vacuümpomp, wat bewijst dat er geen extra ruis wordt geïntroduceerd tijdens het compressieproces. de stabiliteit van de lichtbron.
Fig. 4 Spectrale en autocorrelatiemetingen bij 3 bar luchtdruk
Afb. 5 Stabiliteitstest op korte termijn
In dit artikel wordt een hoogenergetische femtosecondepuls met een centrale golflengte van 1,9 μm, een breedte van 10,2 fs, een pulsbreedte van minder dan twee cycli, een pulsenergie van 1,3 mJ en een piekvermogen van 80 GW verkregen door met behulp van holle kernvezelcompressie. Het gemiddelde vermogen van deze lichtbron is 132 W, wat het hoogste vermogensniveau is van de pulsen met minder cycli die werken in het infraroodgebied met korte golflengte, en deze hoogenergetische, hoogvermogenaangedreven lichtbron zal dit zeker krachtig doen. Deze hoogenergetische en krachtige lichtbron zal de ontwikkeling van lasertechnologie in de midden-infraroodband krachtig bevorderen.
