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 i icke-oxiderade kristaller. Thuliumdopat fiberlasersystem kan producera hundra femtosekundspulser med en central våglängd nära 2 μm. Limpert-gruppen i Jena, Tyskland, syntetiserade på ett konsekvent sätt utsignalerna från fyra thuliumdopade fiberförstärkare 2022 [1], och fick slutligen 85 fs-pulser med en pulsenergi på 1,65 mJ och en repetitionsfrekvens på 100 kHz, som bryter igenom begränsningar för en enskild optisk fiber på enkelpulsenergin och medeleffekten. Enheten visas i fig. 1.
Figur 1 Schematisk bild av den koherenta syntesanordningen med fyra thuliumdopade fibrer.
För att ytterligare förkorta pulsbredden kommer Limperts grupp att använda ovanstående enhet som front-end 2023 och använda optisk fiber med ihålig kärna för komprimering. Strukturen av kompressionsanordningen visas i fig. 2, inklusive två vakuumkammare för ingång respektive utmatning, och en högspänningskammare för icke-linjär breddning, som är fylld med argongas. För att minska absorptionen av vattenånga hålls lufttrycket i båda vakuumkamrarna<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%.
Figur 2 Schematiskt diagram av kompressionsanordningen för hålfiber
Gradvis ökning av gastrycket inuti kaviteten, motsvarande effektresultat visas i figur 3. När gastrycket är lägre än 3 bar är uteffekten cirka 139 W och strålkvaliteten förblir god (Fig. 3a). När lufttrycket är högre än 3 bar, börjar uteffekten att minska och strålkvaliteten försämras avsevärt, och punkten har avvikit från Gaussstrålen vid 4,25 bar, som visas i Fig. 3b. Figur 3c analyserar de spektrala bredderna av utgångarna under olika lufttryck. Efter att lufttrycket överstiger 3 bar, breddas spektrat inte längre avsevärt med ökningen av lufttrycket, och motsvarande transformationsgränspulser förblir i princip oförändrade. Författarna övervägde ovanstående faktorer och valde slutligen 3 bars lufttryck för de efterföljande experimenten.
Fig. 3 Utgångsresultat av olika lufttryck i en ihålig fiber
Spektra- och autokorrelationskurvorna uppmätta vid 3 bars lufttryck visas i fig. 4, med spektrat som täcker 1,2 μm-2,4 μm. Efter att ha använt ett par kvittrade speglar för att kompensera för spridningen, reduceras pulsbredden till 10.2 fs, medeleffekten är 132 W och pulsernas huvudsakliga toppenergi står för 66 procent av energi, med toppeffekten så hög som 80 GW. Fig. 5 visar resultaten av stabilitetstestet, och det relativa intensitetsbruset för front-end-utgången är 0,75 procent. som är koncentrerad till frekvensområdet 20 Hz till 50 kHz. Efter olinjär pulskompression är det huvudsakliga brusbidraget i lågfrekvensområdet så lågt som 2 kHz, vilket kommer från den mekaniska vibrationen från vattenkylnings- och vakuumpumpen, vilket bevisar att det inte finns något införande av ytterligare brus under kompressionsprocessen, vilket säkerställer ljuskällans stabilitet.
Fig. 4 Spektral- och autokorrelationsmätningar vid 3 bars lufttryck
Fig. 5 Korttidsstabilitetstest
I denna artikel erhålls en högenergifemtosekundpuls med en centrumvåglängd på 1,9 μm, en bredd på 10,2 fs, en pulsbredd på mindre än två cykler, en pulsenergi på 1,3 mJ och en toppeffekt på 80 GW med hjälp av en ihålig fiberkompression. Medeleffekten för denna ljuskälla är 132 W, vilket är den högsta effektnivån för de mindre cykliska pulserna som arbetar i det kortvågiga infraröda området, och denna högenergi, högeffektsdrivna ljuskällan kommer säkerligen att kraftfullt. Denna högenergi-, högeffektdrivande ljuskälla kommer kraftfullt att främja utvecklingen av laserteknik i det mellaninfraröda bandet.
