Visoko zmogljivi, zelo ponavljajoči se ultrahitri laserji, dopirani z iterbijem, so zelo pomembni za uporabo v raziskavah in industriji. Vendar pa je ozka spektralna pasovna širina (10 nm) tega laserskega sistema povzročila nastanek številnih postkompresijskih tehnik, ki temeljijo na samofazni modulaciji za razširitev spektra. Učinkovitost kompresije tehnik z večprehodnimi votlinami lahko preseže > 90 odstotkov, kar proizvaja visokoenergijske ultrakratke impulze visoke povprečne moči z enakomerno prostorsko porazdelitvijo.
V tem prispevku numerično simuliramo proces stiskanja v večprehodni votlini in pokažemo, kako optimizirati sistemske parametre, tako da ima razširjeni spekter gladko fazo in dobimo čiste stisnjene impulze.
Avtorji so uporabili porazdeljeno Fourierjevo numerično metodo za simulacijo širjenja impulza znotraj večprehodne votline. V simulaciji so upoštevani učinki, kot so uklon, disperzija, samofazna modulacija in samostrmljenje, plin v večprehodni votlini pa je inertni plin, tako da lahko Ramanove učinke zanemarimo. Intenzivnost pulza v votlini je nadzorovana pod ionizacijskim pragom, tako da lahko učinek ionizacije tudi zanemarimo. Dejanski sistem večprehodne votline mora izpolnjevati štiri pogoje: (1) optična dolžina znotraj votline je večja od nelinearne dolžine in manjša od disperzijske dolžine, tj. < 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.
Slika 1 Območje parametrov večprehodne votline.
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 odstotkov in sekundarna intenzivnost pulza<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.
Slika 2 Čistost pulza v diagramu energija-tlak.
Iz slike 2 je razvidno, da je mogoče doseči boljše rezultate stiskanja, ko je energija impulza 100 μJ in tlak 10 barov, s tem povezani rezultati simulacije pa so prikazani na sliki 3. Analizirana je prostorska enakomernost spektrov na sliki 3(a) in sliki 3(b) in je razvidno, da sta spektra osi x in osi y popolnoma enaka, prostorska enotnost pa je dobra. Sliki 3(c) in 3(d) prikazujeta širine in spektre impulzov, iz katerih je razvidno, da imajo spektri velik spodnji del in gladko parabolično fazo, kar ustreza transformacijskemu mejnemu impulzu 14,2 fs.
Slika 3 Prostorske spektralne porazdelitve na osi x (a) in osi y (b), kot tudi porazdelitve širine (c) in spektralne (d) impulza za rezultat širitve in stiskanja impulza z energijo 100 μJ v MPC, napolnjenem z argonom pod tlakom 10 barov.
Slika 4 podrobno prikazuje spektralne in točkovne variacije za vsako povratno potovanje impulza skozi napravo z votlino z več prehodi. Slika 4(a) 1/spekter je skladen s spremembo parametra spektralne čistosti in širina polovične višine spektra ostane nespremenjena po 10 povratnih potovanjih, vendar se 1/spekter poveča in zdi se, da ima spekter večjo osnovo. Graf na sliki 4(b) prikazuje končno izhodno točko kot popoln Gaussov. Slika 4 (c) prikazuje razvoj velikosti pike, ki se vseskozi gladko spreminja, kar zagotavlja stisljivost naslednjih impulzov.
Slika 4 (a) prikazuje razvoj spektralne širine po vsakem povratnem potovanju; (b) prikazuje prostorski vzorec na koncu širjenja; in (c) prikazuje primerjavo velikosti prečnega žarka med širjenjem brez plina (modra črta) in s plinom (pike)
V tem prispevku je z numerično simulacijo prikazano, da je pri uporabi večprehodne votline za stiskanje impulza mogoče pridobiti širok in čist spekter ter visokokakovosten stisnjen impulz s skupno optimizacijo energije impulza in tlaka plina, kar bo zagotovil vodnik za poznejšo konstrukcijo praktičnega večprehodnega sistema votlin.
