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 v neoksidnih kristalih. Laserski sistem z vlakni, dopiranimi s tulijem, lahko proizvede sto femtosekundnih impulzov s centralno valovno dolžino blizu 2 μm. Skupina Limpert v Jeni v Nemčiji je leta 2022 koherentno sintetizirala izhode štirih ojačevalnikov vlaken, dopiranih s tulijem [1], in končno pridobila impulze 85 fs z energijo impulza 1,65 mJ in frekvenco ponavljanja 100 kHz, ki prebijajo omejitve posameznega optičnega vlakna glede energije enega impulza in povprečne moči. Naprava je prikazana na sliki 1.
Slika 1 Shematski diagram naprave za koherentno sintezo s štirimi vlakni, dopiranimi s tulijem.
Da bi dodatno skrajšali širino impulza, bo Limpertova skupina leta 2023 uporabila zgornjo napravo kot sprednji del, za stiskanje pa uporabila optična vlakna z votlim jedrom. Struktura kompresijske naprave je prikazana na sliki 2, vključno z dvema vakuumskima komorama za vhod in izhod ter visokonapetostno komoro za nelinearno širitev, ki je napolnjena s plinom argonom. Za zmanjšanje absorpcije vodne pare se ohranja zračni tlak v obeh vakuumskih komorah.<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%.
Slika 2 Shematski diagram naprave za stiskanje votlih vlaken
S postopnim povečevanjem tlaka plina v votlini so ustrezni izhodni rezultati prikazani na sliki 3. Ko je tlak plina nižji od 3 barov, je izhodna moč okoli 139 W in kakovost žarka ostaja dobra (slika 3a). Ko je zračni tlak višji od 3 barov, začne izhodna moč upadati in kakovost žarka se znatno poslabša, točka pa je odstopala od Gaussovega žarka pri 4,25 bara, kot je prikazano na sliki 3b. Slika 3c analizira spektralne širine izhodov pri različnih zračnih tlakih. Ko zračni tlak preseže 3 bare, se spektri ne širijo več bistveno z naraščanjem zračnega tlaka, ustrezni transformacijski mejni impulzi pa ostanejo v osnovi nespremenjeni. Avtorji so upoštevali zgornje dejavnike in končno izbrali zračni tlak 3 bare za nadaljnje poskuse.
Slika 3 Izhodni rezultati različnih zračnih tlakov v vlaknu z votlim jedrom
Spektri in avtokorelacijske krivulje, izmerjeni pri zračnem tlaku 3 bare, so prikazani na sliki 4, pri čemer spektri pokrivajo 1,2 μm-2.4 μm. Po uporabi para zrcalnih zrcal za kompenzacijo disperzije se širina impulza zmanjša na 10,2 fs, povprečna moč je 132 W, glavna temenska energija impulzov pa predstavlja 66 odstotkov energije, s konično močjo do 80 GW. Slika 5 prikazuje rezultate testa stabilnosti in relativna intenzivnost hrupa sprednjega izhoda je 0,75 odstotka. ki je koncentriran v frekvenčnem območju od 20 Hz do 50 kHz. Po kompresiji nelinearnega impulza je glavni prispevek hrupa v nizkofrekvenčnem območju do 2 kHz, ki izvira iz mehanskih vibracij vodnega hlajenja in vakuumske črpalke, kar dokazuje, da med postopkom kompresije ni vnosa dodatnega hrupa, kar zagotavlja stabilnost vira svetlobe.
Slika 4 Spektralne in avtokorelacijske meritve pri zračnem tlaku 3 bare
Slika 5 Preskus kratkotrajne stabilnosti
V tem članku je visokoenergetski femtosekundni impulz s središčno valovno dolžino 1,9 μm, širino 10,2 fs, širino impulza manj kot dva cikla, energijo impulza 1,3 mJ in največjo močjo 80 GW pridobljen z z uporabo kompresije vlaken z votlim jedrom. Povprečna moč tega svetlobnega vira je 132 W, kar je najvišja raven moči impulzov z manj cikli, ki delujejo v infrardečem območju kratke valovne dolžine, in ta visokoenergijski, visoko močni pogon svetlobni vir bo zagotovo močno Ta visokoenergijski in močan pogonski svetlobni vir bo močno spodbujal razvoj laserske tehnologije v srednjem infrardečem pasu.
