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 в неоксидни кристали. Оптична лазерна система с тулий може да произведе сто фемтосекундни импулси с централна дължина на вълната близо до 2 μm. Групата Limpert в Йена, Германия, кохерентно синтезира изходите на четири легирани с тулий влакна усилватели през 2022 г. [1] и накрая получи 85 fs импулси с импулсна енергия от 1,65 mJ и честота на повторение от 100 kHz, която пробива през ограничения на единично оптично влакно върху енергията на единичен импулс и средната мощност. Устройството е показано на фиг.1.
Фигура 1 Схематична диаграма на устройство за кохерентен синтез с четири влакна, легирани с тулий.
За да се скъси допълнително ширината на импулса, групата на Лимперт ще използва горното устройство като преден край през 2023 г. и ще използва оптично влакно с куха сърцевина за компресия. Структурата на компресорното устройство е показана на фиг. 2, включваща две вакуумни камери съответно за вход и изход и високоволтова камера за нелинейно разширение, която е пълна с газ аргон. За да се намали абсорбцията на водни пари, налягането на въздуха в двете вакуумни камери се поддържа<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%.
Фигура 2 Схематична диаграма на устройството за компресиране на влакна с куха сърцевина
Постепенно увеличавайки налягането на газа вътре в кухината, съответните изходни резултати са показани на Фигура 3. Когато налягането на газа е по-ниско от 3 бара, изходната мощност е около 139 W и качеството на лъча остава добро (Фигура 3а). Когато налягането на въздуха е по-високо от 3 бара, изходната мощност започва да намалява и качеството на лъча се влошава значително, а петното се е отклонило от лъча на Гаус при 4,25 бара, както е показано на Фиг. 3b. Фигура 3c анализира спектралните ширини на изходите при различни въздушни налягания. След като налягането на въздуха надвиши 3 бара, спектрите вече не се разширяват значително с увеличаването на налягането на въздуха и съответните гранични импулси на трансформация остават основно непроменени. Авторите разглеждат горните фактори и накрая избират 3 бара въздушно налягане за следващите експерименти.
Фиг. 3 Изходни резултати за различни въздушни налягания във влакно с куха сърцевина
Спектрите и автокорелационните криви, измерени при 3 бара въздушно налягане, са показани на Фиг. 4, като спектрите покриват 1,2 μm-2.4 μm. След използване на двойка чирпирани огледала за компенсиране на дисперсията, ширината на импулса се намалява до 10.2 fs, средната мощност е 132 W, а основната пикова енергия на импулсите представлява 66 процента от енергия, с пикова мощност до 80 GW. Фигура 5 демонстрира резултатите от теста за стабилност и относителният интензитет на шума на предния изход е 0,75 процента. който е концентриран в честотния диапазон от 20 Hz до 50 kHz. След нелинейно импулсно компресиране, основният принос на шум е в нискочестотния диапазон до 2 kHz, който идва от механичните вибрации на водното охлаждане и вакуумната помпа, което доказва, че няма въвеждане на допълнителен шум по време на процеса на компресия, гарантирайки стабилността на източника на светлина.
Фиг. 4 Спектрални и автокорелационни измервания при 3 бара въздушно налягане
Фиг. 5 Тест за краткосрочна стабилност
В тази статия високоенергиен фемтосекунден импулс с централна дължина на вълната 1,9 μm, ширина 10,2 fs, ширина на импулса по-малка от два цикъла, импулсна енергия 1,3 mJ и пикова мощност 80 GW се получават чрез използвайки компресия на влакно с куха сърцевина. Средната мощност на този светлинен източник е 132 W, което е най-високото ниво на мощност на импулсите с по-малък цикъл, работещи в инфрачервения регион с къса дължина на вълната, и този високоенергиен и мощен задвижван източник на светлина със сигурност енергично Този високоенергиен източник на светлина с висока мощност ще насърчи енергично развитието на лазерната технология в средния инфрачервен диапазон.
