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 in cristalli non ossidi. Il sistema laser a fibra drogata con tulio può produrre centinaia di impulsi al femtosecondo con una lunghezza d'onda centrale vicina a 2 μm. Il gruppo Limpert di Jena, in Germania, ha sintetizzato in modo coerente le uscite di quattro amplificatori in fibra drogata al tulio nel 2022 [1] e alla fine ha ottenuto impulsi di 85 fs con un'energia di impulso di 1,65 mJ e una frequenza di ripetizione di 100 kHz, che sfonda la barriera limitazioni di una singola fibra ottica sull'energia del singolo impulso e sulla potenza media. Il dispositivo è mostrato in Fig. 1.
Figura 1 Diagramma schematico del dispositivo di sintesi coerente con quattro fibre drogate con tulio.
Per ridurre ulteriormente l'ampiezza dell'impulso, il gruppo di Limpert utilizzerà il dispositivo di cui sopra come front-end nel 2023 e utilizzerà la fibra ottica a nucleo cavo per la compressione. La struttura del dispositivo di compressione è mostrata in Fig. 2, comprendente due camere a vuoto rispettivamente per ingresso e uscita e una camera ad alta tensione per l'ampliamento non lineare, riempita con gas argon. Per ridurre l'assorbimento del vapore acqueo, viene mantenuta la pressione dell'aria in entrambe le camere a vuoto<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%.
Figura 2 Diagramma schematico del dispositivo di compressione delle fibre a nucleo cavo
Aumentando gradualmente la pressione del gas all'interno della cavità, i risultati di uscita corrispondenti sono mostrati in Figura 3. Quando la pressione del gas è inferiore a 3 bar, la potenza di uscita è di circa 139 W e la qualità del fascio rimane buona (Fig. 3a). Quando la pressione dell'aria è superiore a 3 bar, la potenza di uscita inizia a diminuire e la qualità del raggio si deteriora in modo significativo e lo spot si è discostato dal raggio gaussiano a 4,25 bar, come mostrato in Fig. 3b. La Figura 3c analizza le larghezze spettrali delle uscite sotto diverse pressioni dell'aria. Dopo che la pressione dell'aria supera i 3 bar, gli spettri non si allargano più in modo significativo con l'aumento della pressione dell'aria e i corrispondenti impulsi limite di trasformazione rimangono sostanzialmente invariati. Gli autori hanno considerato i fattori di cui sopra e alla fine hanno scelto una pressione atmosferica di 3 bar per gli esperimenti successivi.
Fig. 3 Risultati di output di diverse pressioni dell'aria in una fibra a nucleo cavo
Gli spettri e le curve di autocorrelazione misurate a una pressione atmosferica di 3 bar sono mostrati in Fig. 4, con gli spettri che coprono 1,2 μm-2,4 μm. Dopo aver utilizzato una coppia di specchi che vibrano per compensare la dispersione, l'ampiezza dell'impulso viene ridotta a 10,2 fs, la potenza media è di 132 W e l'energia di picco principale degli impulsi rappresenta il 66% della energia, con una potenza di picco fino a 80 GW. La Fig. 5 mostra i risultati del test di stabilità e l'intensità relativa del rumore dell'uscita front-end è dello 0,75%. che è concentrato nella gamma di frequenza da 20 Hz a 50 kHz. Dopo la compressione dell'impulso non lineare, il contributo principale del rumore è nella gamma delle basse frequenze fino a 2 kHz, che proviene dalla vibrazione meccanica del raffreddamento ad acqua e della pompa per vuoto, dimostrando che non vi è introduzione di rumore aggiuntivo durante il processo di compressione, garantendo la stabilità della sorgente luminosa.
Fig. 4 Misurazioni spettrali e di autocorrelazione a 3 bar di pressione atmosferica
Fig. 5 Test di stabilità a breve termine
In questo articolo, un impulso al femtosecondo ad alta energia con una lunghezza d'onda centrale di 1,9 μm, una larghezza di 10,2 fs, una larghezza di impulso inferiore a due cicli, un'energia di impulso di 1,3 mJ e una potenza di picco di 80 GW sono ottenuti mediante utilizzando una compressione in fibra a nucleo cavo. La potenza media di questa sorgente luminosa è di 132 W, che è il livello di potenza più alto degli impulsi a ciclo minore che lavorano nella regione degli infrarossi a lunghezza d'onda corta, e questo ad alta energia e ad alta potenza guidato la sorgente luminosa sarà sicuramente vigorosa Questa sorgente luminosa ad alta energia e ad alta potenza promuoverà vigorosamente lo sviluppo della tecnologia laser nella banda del medio infrarosso.
