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 میکرومتر در کریستال های غیر اکسیدی. سیستم لیزر فیبر دوپ شده با تولیوم می تواند صدها پالس فمتوثانیه با طول موج مرکزی نزدیک به 2 میکرومتر تولید کند. گروه Limpert در Jena، آلمان، خروجی های چهار تقویت کننده فیبر دوپ شده با تولیوم را در سال 2022 به طور منسجم سنتز کردند [1]، و در نهایت 85 پالس fs با انرژی پالس 1.65 میلی ژول و فرکانس تکرار 100 کیلوهرتز را به دست آوردند که از بین می رود. محدودیت های یک فیبر نوری در انرژی تک پالس و توان متوسط. دستگاه در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1 نمودار شماتیک دستگاه سنتز منسجم با چهار الیاف دوپ شده با تولیوم.
به منظور کوتاهتر کردن بیشتر عرض پالس، گروه Limpert از دستگاه فوق بهعنوان قسمت جلویی در سال 2023 استفاده خواهد کرد و از فیبر نوری توخالی برای فشردهسازی استفاده خواهد کرد. ساختار دستگاه تراکم در شکل 2 نشان داده شده است که شامل دو محفظه خلاء برای ورودی و خروجی به ترتیب و یک محفظه ولتاژ بالا برای گسترش غیرخطی است که با گاز آرگون پر شده است. به منظور کاهش جذب بخار آب، فشار هوا در هر دو محفظه خلاء حفظ می شود<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%.
شکل 2 نمودار شماتیک دستگاه فشرده سازی فیبر هسته توخالی
با افزایش تدریجی فشار گاز در داخل حفره، نتایج خروجی مربوطه در شکل 3 نشان داده شده است. هنگامی که فشار گاز کمتر از 3 بار است، توان خروجی حدود 139 وات است و کیفیت پرتو خوب باقی می ماند (شکل 3a). هنگامی که فشار هوا بالاتر از 3 بار است، توان خروجی شروع به کاهش می کند و کیفیت پرتو به طور قابل توجهی بدتر می شود و نقطه از پرتو گاوسی در 4.25 بار منحرف شده است، همانطور که در شکل 3b نشان داده شده است. شکل 3c پهنای طیفی خروجی ها را تحت فشارهای مختلف هوا تحلیل می کند. پس از اینکه فشار هوا از 3 بار فراتر رفت، طیف ها دیگر به طور قابل توجهی با افزایش فشار هوا گسترش نمی یابند و پالس های حد تبدیل مربوطه اساساً بدون تغییر باقی می مانند. نویسندگان عوامل فوق را در نظر گرفتند و در نهایت فشار هوای 3 بار را برای آزمایش های بعدی انتخاب کردند.
شکل 3 نتایج خروجی فشارهای مختلف هوا در یک فیبر توخالی
منحنیهای طیف و خودهمبستگی اندازهگیری شده در فشار هوای 3 بار در شکل 4 نشان داده شدهاند که طیف آن 1.2 میکرومتر-2.4 میکرومتر است. پس از استفاده از یک جفت آینه صدای جیر جیر برای جبران پراکندگی، عرض پالس به 10.2 fs کاهش می یابد، توان متوسط 132 وات است و اوج انرژی اصلی پالس ها 66 درصد از انرژی را تشکیل می دهد. انرژی، با حداکثر توان 80 گیگاوات. شکل 5 نتایج تست پایداری را نشان می دهد و شدت نسبی نویز خروجی جلویی 0.75 درصد است. که در محدوده فرکانسی 20 هرتز تا 50 کیلوهرتز متمرکز شده است. پس از فشرده سازی پالس غیرخطی، سهم اصلی نویز در محدوده فرکانس پایین تا 2 کیلوهرتز است که از ارتعاش مکانیکی پمپ آب خنک کننده و خلاء ناشی می شود و ثابت می کند که هیچ نویز اضافی در طول فرآیند فشرده سازی وجود ندارد و تضمین می کند. پایداری منبع نور
شکل 4 اندازه گیری های طیفی و خودهمبستگی در فشار هوای 3 بار
شکل 5 آزمون پایداری کوتاه مدت
در این مقاله، یک پالس فمتوثانیه پرانرژی با طول موج مرکزی 1.9 میکرومتر، عرض 10.2 fs، عرض پالس کمتر از دو سیکل، انرژی پالس 1.3 میلیژول و توان پیک 80 گیگاوات به دست میآید. با استفاده از فشردهسازی فیبر توخالی. توان متوسط این منبع نور 132 وات است که بالاترین سطح توان پالسهای با چرخه کمتر است که در ناحیه مادون قرمز با طول موج کوتاه کار میکنند، و این انرژی بالا و توان بالا رانده میشود. منبع نور مطمئناً به شدت این منبع نوری پرانرژی و پرقدرت درایو به شدت توسعه فناوری لیزر را در باند مادون قرمز میانی ترویج می کند.
