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 σε κρυστάλλους μη οξειδίου. Το σύστημα λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιο μπορεί να παράγει παλμούς εκατοντάδων φεμτοδευτερολέπτων με κεντρικό μήκος κύματος κοντά στα 2 μm. Η ομάδα Limpert στην Ιένα της Γερμανίας, συνέθεσε με συνοχή τις εξόδους τεσσάρων ενισχυτών ινών με πρόσμειξη θούλιου το 2022 [1] και τελικά έλαβε παλμούς 85 fs με ενέργεια παλμού 1,65 mJ και συχνότητα επανάληψης 100 kHz, η οποία διασπά το περιορισμοί μιας μοναδικής οπτικής ίνας στην ενέργεια ενός παλμού και στη μέση ισχύ. Η συσκευή φαίνεται στο Σχ. 1.
Σχήμα 1 Σχηματικό διάγραμμα της συσκευής συνεκτικής σύνθεσης με τέσσερις ίνες κολλημένες με θούλιο.
Προκειμένου να μειωθεί περαιτέρω το πλάτος του παλμού, η ομάδα του Limpert θα χρησιμοποιήσει την παραπάνω συσκευή ως πρόσοψη το 2023 και θα χρησιμοποιήσει οπτική ίνα κοίλου πυρήνα για συμπίεση. Η δομή της συσκευής συμπίεσης φαίνεται στο Σχ. 2, που περιλαμβάνει δύο θαλάμους κενού για είσοδο και έξοδο, αντίστοιχα, και έναν θάλαμο υψηλής τάσης για μη γραμμική διεύρυνση, ο οποίος είναι γεμάτος με αέριο αργό. Προκειμένου να μειωθεί η απορρόφηση υδρατμών, διατηρείται η πίεση του αέρα και στους δύο θαλάμους κενού<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%.
Σχήμα 2 Σχηματικό διάγραμμα της συσκευής συμπίεσης ινών κοίλου πυρήνα
Αυξάνοντας σταδιακά την πίεση του αερίου μέσα στην κοιλότητα, τα αντίστοιχα αποτελέσματα εξόδου φαίνονται στο Σχήμα 3. Όταν η πίεση του αερίου είναι χαμηλότερη από 3 bar, η ισχύς εξόδου είναι περίπου 139 W και η ποιότητα της δέσμης παραμένει καλή (Εικ. 3a). Όταν η πίεση του αέρα είναι υψηλότερη από 3 bar, η ισχύς εξόδου αρχίζει να μειώνεται και η ποιότητα της δέσμης επιδεινώνεται σημαντικά και το σημείο έχει αποκλίνει από την δέσμη Gauss στα 4,25 bar, όπως φαίνεται στο Σχ. 3β. Το σχήμα 3γ αναλύει τα φασματικά πλάτη των εξόδων υπό διαφορετικές πιέσεις αέρα. Αφού η πίεση του αέρα ξεπεράσει τα 3 bar, τα φάσματα δεν διευρύνονται πλέον σημαντικά με την αύξηση της πίεσης του αέρα και οι αντίστοιχοι παλμοί ορίου μετασχηματισμού παραμένουν βασικά αμετάβλητοι. Οι συγγραφείς εξέτασαν τους παραπάνω παράγοντες και τελικά επέλεξαν πίεση αέρα 3 bar για τα επόμενα πειράματα.
Εικ. 3 Αποτελέσματα εξόδου διαφορετικών πιέσεων αέρα σε μια ίνα κοίλου πυρήνα
Τα φάσματα και οι καμπύλες αυτοσυσχέτισης που μετρήθηκαν σε πίεση αέρα 3 bar φαίνονται στο Σχ. 4, με τα φάσματα να καλύπτουν 1,2 μm-2,4 μm. Μετά τη χρήση ενός ζεύγους κελαηδισμένων κατόπτρων για την αντιστάθμιση της διασποράς, το πλάτος του παλμού μειώνεται σε 10.2 fs, η μέση ισχύς είναι 132 W και η κύρια μέγιστη ενέργεια των παλμών αντιστοιχεί στο 66 τοις εκατό του ενέργειας, με μέγιστη ισχύ έως και 80 GW. Το Σχ. 5 δείχνει τα αποτελέσματα της δοκιμής σταθερότητας και ο θόρυβος σχετικής έντασης της εξόδου του μπροστινού άκρου είναι 0,75 τοις εκατό . που συγκεντρώνεται στην περιοχή συχνοτήτων από 20 Hz έως 50 kHz. Μετά τη μη γραμμική παλμική συμπίεση, η κύρια συμβολή θορύβου είναι στην περιοχή χαμηλής συχνότητας έως και 2 kHz, η οποία προέρχεται από τη μηχανική δόνηση της αντλίας ψύξης νερού και κενού, αποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει πρόσθετος θόρυβος κατά τη διαδικασία συμπίεσης, διασφαλίζοντας τη σταθερότητα της πηγής φωτός.
Εικ. 4 Φασματικές μετρήσεις και μετρήσεις αυτοσυσχέτισης σε πίεση αέρα 3 bar
Εικ. 5 Δοκιμή βραχυπρόθεσμης σταθερότητας
Σε αυτό το άρθρο, ένας παλμός femtosecond υψηλής ενέργειας με κεντρικό μήκος κύματος 1,9 μm, πλάτος 10,2 fs, πλάτος παλμού μικρότερο από δύο κύκλους, ενέργεια παλμού 1,3 mJ και μέγιστη ισχύ 80 GW λαμβάνονται με χρησιμοποιώντας συμπίεση ινών κοίλου πυρήνα. Η μέση ισχύς αυτής της φωτεινής πηγής είναι 132 W, που είναι το υψηλότερο επίπεδο ισχύος των παλμών μικρότερου κύκλου που λειτουργούν στην υπέρυθρη περιοχή μικρού μήκους κύματος και αυτής της υψηλής ενέργειας, υψηλής ισχύος που οδηγείται Η πηγή φωτός θα είναι σίγουρα δυναμικά Αυτή η υψηλής ενέργειας, υψηλής ισχύος πηγή φωτός θα προωθήσει δυναμικά την ανάπτυξη τεχνολογίας λέιζερ στη ζώνη μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας.
