فشرده سازی پالس مبتنی بر حفره چند گذری تقویت شده با پراکندگی

لیزرهای فوق سریع دوپ شده با ایتربیوم با قدرت بالا و بسیار تکراری برای کاربردهای تحقیقاتی و صنعتی ارزش زیادی دارند. با این حال، پهنای باند طیفی باریک (10 نانومتر) این سیستم لیزری منجر به ظهور تکنیک‌های متعدد پس از فشرده‌سازی بر اساس مدولاسیون خود فاز برای گسترش طیف شده است. راندمان فشرده‌سازی تکنیک‌های حفره چند گذری می‌تواند بیش از ۹۰ درصد باشد و پالس‌های اولترا کوتاه با انرژی بالا و توان متوسط ​​بالا با توزیع فضایی یکنواخت تولید می‌کند.
در این مقاله، ما به صورت عددی فرآیند فشرده سازی را در یک حفره چند پاسی شبیه سازی می کنیم و نحوه بهینه سازی پارامترهای سیستم را نشان می دهیم تا طیف گسترده شده فاز صاف داشته باشد و پالس های فشرده تمیز به دست آید.
نویسندگان از یک روش عددی فوریه توزیع شده برای شبیه سازی انتشار پالس در داخل حفره چند گذری استفاده کردند. در شبیه سازی اثراتی مانند پراش، پراکندگی، مدولاسیون خود فاز و خود شیب زدگی در نظر گرفته شده است و گاز داخل حفره چند گذری یک گاز بی اثر است به طوری که می توان اثرات رامان را نادیده گرفت. شدت پالس در حفره زیر آستانه یونیزاسیون کنترل می شود، بنابراین می توان اثر یونیزاسیون را نیز نادیده گرفت. سیستم حفره چند گذری واقعی باید چهار شرط را برآورده کند: (1) طول نوری داخل حفره بزرگتر از طول غیرخطی و کوچکتر از طول پراکندگی باشد، یعنی

شکل 1 ناحیه پارامتر حفره چند گذر.
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 درصد و شدت نبض ثانویه از<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.

شکل 2 تمیزی پالس در نمودار فشار انرژی.
از شکل 2، می توان دریافت که وقتی انرژی پالس 100 میکروژول و فشار 10 بار است، نتایج فشرده سازی بهتری به دست می آید، و نتایج شبیه سازی مربوطه در شکل 3 نشان داده شده است. یکنواختی فضایی طیف ها تحلیل شده است. در شکل 3(a) و شکل 3(b)، و می توان دید که طیف های محور x و محور y دقیقاً یکسان هستند و یکنواختی فضایی خوب است. شکل های 3(c) و 3(d) عرض و طیف های پالس را نشان می دهند، که از آن ها می توان دید که طیف ها دارای یک قسمت انتهایی بزرگ و یک فاز سهموی صاف هستند که مربوط به یک پالس حد تبدیل 14.2 fs است.

شکل 3 توزیع‌های طیفی فضایی روی محور x (a) و محور y (b)، و همچنین توزیع‌های عرض پالس (c) و طیفی (d)، برای نتیجه‌ی انبساط و فشرده‌سازی پالس با انرژی 100 μJ در MPC پر شده با 10 بار آرگون.
شکل 4 تغییرات طیفی و نقطه ای را برای هر رفت و برگشت پالس از طریق دستگاه حفره چند گذری به تفصیل نشان می دهد. شکل 4(a) 1/طیف با تغییر پارامتر پاکیزگی طیفی مطابقت دارد و عرض نیمه ارتفاع طیفی پس از 10 رفت و برگشت ثابت می ماند، اما طیف 1/طیف افزایش می یابد و به نظر می رسد که طیف دارای پایه بزرگتری است. نمودار در شکل 4(b) نقطه خروجی نهایی را به صورت یک گاوسی کامل نشان می دهد. شکل 4 (c) تکامل اندازه نقطه را نشان می دهد که به آرامی در سراسر تغییر می کند و تراکم پذیری پالس های بعدی را تضمین می کند.

شکل 4 (الف) تکامل گسترش طیفی را پس از هر سفر رفت و برگشت نشان می دهد. (ب) الگوی فضایی را در پایان انتشار نشان می دهد. و (ج) مقایسه اندازه پرتوهای عرضی را در حین انتشار بدون گاز (خط آبی) و با گاز (نقطه) نشان می دهد.
در این مقاله از طریق شبیه‌سازی عددی نشان داده شده است که هنگام استفاده از یک حفره چند گذر برای فشرده‌سازی پالس، می‌توان با بهینه‌سازی مشترک انرژی پالس و فشار گاز، یک طیف وسیع و تمیز و یک پالس فشرده با کیفیت بالا به دست آورد. راهنمای ساخت بعدی یک سیستم حفره چند پاسی عملی را ارائه می دهد.