Ultraszybkie lasery domieszkowane iterbem o dużej mocy i dużej powtarzalności mają ogromną wartość w zastosowaniach badawczych i przemysłowych. Jednakże wąskie pasmo widmowe (10 nm) tego systemu laserowego doprowadziło do pojawienia się wielu technik pokompresji opartych na modulacji własnej fazy w celu poszerzenia widma. Wydajność kompresji technik wnękowych wieloprzepustowych może przekraczać > 90 procent, wytwarzając ultrakrótkie impulsy o wysokiej energii i średniej mocy z równomiernym rozkładem przestrzennym.
W artykule symulujemy numerycznie proces kompresji we wnęce wieloprzebiegowej oraz pokazujemy, jak zoptymalizować parametry układu, aby poszerzone widmo miało gładką fazę i uzyskano czyste skompresowane impulsy.
Autorzy wykorzystali rozproszoną metodę numeryczną Fouriera do symulacji propagacji impulsu wewnątrz wnęki wieloprzebiegowej. W symulacji brane są pod uwagę takie efekty, jak dyfrakcja, dyspersja, samomodulacja fazy i samowzmacnianie, a gaz wewnątrz wnęki wieloprzejściowej jest gazem obojętnym, dzięki czemu można pominąć efekty Ramana. Intensywność impulsu we wnęce jest kontrolowana poniżej progu jonizacji, więc efekt jonizacji również można zignorować. Rzeczywisty system wnęki wieloprzejściowej musi spełniać cztery warunki: (1) długość optyczna wewnątrz wnęki jest większa niż długość nieliniowa i mniejsza niż długość dyspersji, 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.
Ryc. 1 Obszar parametrów wnęki wieloprzebiegowej.
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 procent i wtórna intensywność impulsu<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.
Rys. 2 Czystość impulsu na wykresie energia-ciśnienie.
Z rys. 2 widać, że lepsze wyniki kompresji można uzyskać przy energii impulsu wynoszącej 100 μJ i ciśnieniu 10 bar, co związane z tym wyniki symulacji przedstawiono na rys. 3. Analizie poddawana jest jednorodność przestrzenna widm na ryc. 3 (a) i ryc. 3 (b) i można zauważyć, że widma na osi x i y są dokładnie takie same, a jednorodność przestrzenna jest dobra. Ryciny 3(c) i 3(d) pokazują szerokości impulsów i widma, z których widać, że widma mają duży dolny koniec i gładką fazę paraboliczną, co odpowiada impulsowi granicznemu transformacji wynoszącemu 14,2 fs.
Rys. 3 Przestrzenne rozkłady widmowe na osi x (a) i y (b) oraz rozkłady szerokości impulsu (c) i widmowe (d), dla wyniku poszerzenia i kompresji impulsu przy energii 100 µJ w MPC wypełnionym argonem pod ciśnieniem 10 barów.
Figura 4 pokazuje szczegółowo zmiany widmowe i punktowe dla każdej podróży w obie strony impulsu przez wieloprzebiegowe urządzenie wnękowe. Rysunek 4(a) 1/widmo jest zgodne ze zmianą parametru czystości widma, a szerokość połowy wysokości widma pozostaje stała po 10 rundach, ale 1/widmo wzrasta i widmo wydaje się mieć większą podstawę. Wykres na ryc. 4 (b) przedstawia końcowy punkt wyjściowy jako doskonały Gaussa. Ryc. 4 (c) przedstawia ewolucję wielkości plamki, która zmienia się płynnie w trakcie, zapewniając ściśliwość kolejnych impulsów.
Ryc. 4 (a) przedstawia ewolucję rozproszenia widmowego po każdej podróży w obie strony; (b) pokazuje wzór przestrzenny na końcu propagacji; oraz (c) pokazuje porównanie rozmiarów wiązek poprzecznych podczas propagacji bez gazu (niebieska linia) i z gazem (kropki)
W tym artykule za pomocą symulacji numerycznej wykazano, że stosując wnękę wieloprzebiegową do kompresji impulsu, można uzyskać szerokie i czyste widmo oraz wysokiej jakości skompresowany impuls poprzez łączną optymalizację energii impulsu i ciśnienia gazu, co dostarczy wskazówek dotyczących późniejszej konstrukcji praktycznego wieloprzebiegowego systemu wnękowego.
