Високомощните, силно повтарящи се свръхбързи лазери, легирани с итербий, са от голяма стойност за приложения в научните изследвания и индустрията. Обаче тясната спектрална честотна лента (10 nm) на тази лазерна система доведе до появата на множество техники за посткомпресия, базирани на самофазова модулация за разширяване на спектъра. Ефективността на компресията на техниките с многопроходна кухина може да надхвърли > 90 процента, произвеждайки високоенергийни ултракъси импулси с висока средна мощност с равномерно пространствено разпределение.
В тази статия ние числено симулираме процеса на компресия в многоходова кухина и показваме как да оптимизираме параметрите на системата, така че разширеният спектър да има гладка фаза и да се получат чисти компресирани импулси.
Авторите са използвали разпределен числен метод на Фурие, за да симулират разпространението на импулса вътре в многопроходната кухина. Ефекти като дифракция, дисперсия, самофазова модулация и самонакисване са взети предвид в симулацията, а газът вътре в многопроходната кухина е инертен газ, така че Рамановите ефекти могат да бъдат пренебрегнати. Интензитетът на импулса в кухината се контролира под прага на йонизация, така че йонизационният ефект също може да бъде игнориран. Действителната система с многопроходна кухина трябва да отговаря на четири условия: (1) оптичната дължина вътре в кухината е по-голяма от нелинейната дължина и по-малка от дължината на дисперсията, т.е. < L<; (2) the upper limit of the soliton order is less than 10, i.e., N = √ < 10; (3) avoiding self-focusing, <; and (4) avoiding ionization. Satisfying the above four conditions at the same time, the input pulse center wavelength is 1030 nm, the pulse width is 150 fs, the curvature of the multi-pass cavity lumen is 40 cm, the distance of the cavity lumen is 40 cm, and the pulse goes back and forth within the cavity 20 times. At this time to meet the actual multi-pass cavity needs of the pressure and pulse energy range shown in Figure 1 light blue region.
Фигура 1 Област на параметрите на многопроходната кухина.
The spectral characteristics of the output pulse are measured by two parameters, the half-height full width and the spectral cleanliness C. The spectral width of the output pulse is the limit of compression. The spectral width demonstrates the limiting pulse width of the pulse compression, while the spectral cleanliness C characterizes the cleanliness of the compressed pulse (high percentage of main peak energy and low intensity of secondary pulses). At C > 0.9 the compressed pulse has a primary peak energy share of >98 процента и вторичен интензитет на пулса от<0.5%. Figure 2 shows the spectral half-height widths of the multi-pass cavity with different parameters and the spectral cleanliness C. It can be seen from the figure that wide and clean spectra can only be obtained when the pressure and energy satisfy certain conditions.
Фиг. 2 Чистота на импулса в диаграмата енергия-налягане.
От Фиг. 2 може да се види, че могат да се получат по-добри резултати от компресия, когато импулсната енергия е 100 μJ и налягането е 10 бара, а съответните резултати от симулацията са показани на Фиг. 3. Пространствената еднородност на спектрите е анализирана на Фиг. 3(a) и Фиг. 3(b), и може да се види, че спектрите на оста x и y-осите са абсолютно еднакви и пространствената еднородност е добра. Фигури 3(c) и 3(d) показват широчината на импулса и спектрите, от които може да се види, че спектрите имат голямо дъно и гладка параболична фаза, което съответства на граничен импулс на трансформация от 14,2 fs.
Фиг. 3 Пространствени спектрални разпределения по оста x (a) и оста y (b), както и разпределенията на ширината на импулса (c) и спектралното (d) за резултат от разширение и компресия на импулса с енергия от 100 μJ в MPC, напълнен с 10 bar аргон.
Фигура 4 показва в детайли спектралните и точковите вариации за всяко преминаване на импулса през устройството с многопроходна кухина. Фигура 4(a) 1/спектър е в съответствие с промяната в параметъра за спектрална чистота и ширината на полувисочината на спектъра остава постоянна след 10 обиколки, но 1/спектърът се увеличава и спектърът изглежда има по-голяма основа. Графиката на Фиг. 4(b) показва крайното изходно петно като перфектна Гаус. Фигура 4 (c) демонстрира еволюцията на размера на петна, който се променя плавно навсякъде, осигурявайки компресивността на следващите импулси.
Фигура 4 (а) показва развитието на спектралното разпространение след всяко пътуване; (b) показва пространствения модел в края на разпространението; и (c) показва сравнението на размерите на напречния лъч по време на разпространение без газ (синя линия) и с газ (точки)
В тази статия се демонстрира чрез числена симулация, че когато се използва многопроходна кухина за компресиране на импулса, може да се получи широк и чист спектър и висококачествен компресиран импулс чрез съвместно оптимизиране на енергията на импулса и налягането на газа, което ще предостави ръководство за последващото изграждане на практична многопроходна кухина система.
