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 мкм у неоксидних кристалах. Волоконна лазерна система, легована тулієм, може створювати сотні фемтосекундних імпульсів із центральною довжиною хвилі близько 2 мкм. Група Лімперта в Єні, Німеччина, когерентно синтезувала вихідні сигнали чотирьох волоконних підсилювачів, легованих тулієм, у 2022 році [1] і, нарешті, отримала імпульси 85 фс з енергією імпульсу 1,65 мДж і частотою повторення 100 кГц, які прориваються через обмеження одиночного оптичного волокна на енергію одиночного імпульсу та середню потужність. Пристрій зображено на рис. 1.
Рисунок 1. Принципова схема пристрою когерентного синтезу з чотирма волокнами, легованими тулієм.
Для того, щоб ще більше скоротити ширину імпульсу, група Лімперта використовуватиме вищезазначений пристрій як інтерфейс у 2023 році та використовуватиме оптичне волокно з порожнистим сердечником для стиснення. Структура компресійного пристрою наведена на рис. 2, що включає дві вакуумні камери для входу та виходу відповідно та високовольтну камеру для нелінійного розширення, яка заповнюється газоподібним аргоном. Щоб зменшити поглинання водяної пари, тиск повітря в обох вакуумних камерах підтримується<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%.
Рисунок 2. Принципова діаграма пристрою для стиснення порожнистих волокон
Поступово збільшуючи тиск газу всередині порожнини, відповідні вихідні результати показані на малюнку 3. Коли тиск газу нижчий за 3 бари, вихідна потужність становить приблизно 139 Вт, а якість променя залишається хорошою (рис. 3a). Коли тиск повітря перевищує 3 бари, вихідна потужність починає зменшуватися, якість променя значно погіршується, а пляма відхиляється від гаусового променя на 4,25 бар, як показано на рис. 3b. На рисунку 3c аналізуються спектральні ширини вихідних сигналів за різних тисків повітря. Після того, як тиск повітря перевищує 3 бари, спектр більше не розширюється значно зі збільшенням тиску повітря, і відповідні граничні імпульси трансформації залишаються в основному незмінними. Автори врахували вищевказані фактори і врешті вибрали тиск повітря 3 бари для наступних експериментів.
Рис. 3 Вихідні результати різного тиску повітря в порожнистому волокні
Спектри та криві автокореляції, виміряні при тиску повітря 3 бар, показані на рис. 4, спектри охоплюють 1,2 мкм-2.4 мкм. Після використання пари чирпованих дзеркал для компенсації дисперсії тривалість імпульсу зменшується до 10.2 фс, середня потужність становить 132 Вт, а основна пікова енергія імпульсів становить 66 відсотків від енергії, з піковою потужністю до 80 ГВт. На рис. 5 показані результати тесту на стабільність, і відносна інтенсивність шуму переднього вихідного сигналу становить 0,75 відсотка. яка зосереджена в діапазоні частот від 20 Гц до 50 кГц. Після нелінійного імпульсного стиснення основний внесок шуму знаходиться в діапазоні низьких частот до 2 кГц, який походить від механічної вібрації водяного охолодження та вакуумного насоса, що доводить відсутність додаткового шуму під час процесу стиснення, забезпечуючи стабільність джерела світла.
Рис. 4 Спектральні та автокореляційні вимірювання при тиску повітря 3 бар
Рис. 5 Тест на короткочасну стабільність
У цій статті фемтосекундний імпульс високої енергії з центральною довжиною хвилі 1,9 мкм, шириною 10,2 фс, шириною імпульсу менше двох циклів, енергією імпульсу 1,3 мДж і піковою потужністю 80 ГВт отримано за допомогою за допомогою стиснення порожнистого волокна. Середня потужність цього джерела світла становить 132 Вт, що є найвищим рівнем потужності імпульсів із меншим циклом, що працюють у короткохвильовій інфрачервоній області, і це високоенергетичне та потужне джерело світла Джерело світла, безсумнівно, енергійно. Це високоенергетичне, потужне джерело світла буде активно сприяти розвитку лазерної технології в середньому інфрачервоному діапазоні.
