Yüksek güçlü, oldukça tekrarlı iterbiyum katkılı ultra hızlı lazerler, araştırma ve endüstrideki uygulamalar için büyük değere sahiptir. Bununla birlikte, bu lazer sisteminin dar spektral bant genişliği (10 nm), spektrumu genişletmek için kendi kendine faz modülasyonuna dayalı çok sayıda sıkıştırma sonrası tekniğin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Çok geçişli kavite tekniklerinin sıkıştırma verimliliği yüzde 90'ı aşabilir ve tekdüze uzaysal dağılıma sahip yüksek enerjili, yüksek ortalama güçlü ultra kısa darbeler üretebilir.
Bu yazıda, çok geçişli bir boşlukta sıkıştırma işlemini sayısal olarak simüle ediyoruz ve genişletilmiş spektrumun düzgün bir faza sahip olması ve temiz sıkıştırılmış darbelerin elde edilmesi için sistem parametrelerinin nasıl optimize edileceğini gösteriyoruz.
Yazarlar, çok geçişli boşluk içindeki darbenin yayılmasını simüle etmek için dağıtılmış bir Fourier sayısal yöntemini kullandılar. Simülasyonda kırınım, dağılım, kendi kendine faz modülasyonu ve kendi kendine dikleşme gibi etkiler dikkate alınır ve çok geçişli boşluk içindeki gaz inert bir gaz olduğundan Raman etkileri ihmal edilebilir. Boşluktaki darbe yoğunluğu iyonizasyon eşiğinin altında kontrol edilir, böylece iyonizasyon etkisi de göz ardı edilebilir. Gerçek çok geçişli boşluk sisteminin dört koşulu karşılaması gerekir: (1) boşluğun içindeki optik uzunluk, doğrusal olmayan uzunluktan daha büyük ve dağılım uzunluğundan daha küçüktür, yani < 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.
Şekil 1 Çok geçişli kavite parametre bölgesi.
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 >Yüzde 98 ve ikincil darbe yoğunluğu<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.
Şekil 2 Enerji-basınç diyagramında darbe temizliği.
Şekil 2'den darbe enerjisi 100 μJ ve basınç 10 bar olduğunda daha iyi sıkıştırma sonuçlarının elde edilebildiği görülebilmekte ve ilgili simülasyon sonuçları Şekil 3'te gösterilmektedir. Spektrumların uzaysal tekdüzeliği analiz edilmektedir. Şekil 3(a) ve Şekil 3(b)'de x ekseni ve y ekseni spektrumlarının tamamen aynı olduğu ve uzaysal tekdüzeliğin iyi olduğu görülebilmektedir. Şekil 3(c) ve 3(d), darbe genişliklerini ve spektrumlarını gösterir; buradan spektrumların geniş bir taban çizgisine ve 14,2 fs'lik bir dönüşüm limit darbesine karşılık gelen düzgün bir parabolik faza sahip olduğu görülebilir.
Şekil 3 100 enerjili bir darbe genişletme ve sıkıştırma sonucu için x ekseni (a) ve y ekseni (b) üzerindeki uzaysal spektral dağılımların yanı sıra darbe genişliği (c) ve spektral (d) dağılımları 10 bar argonla doldurulmuş bir MPC'de μJ.
Şekil 4, çok geçişli kavite cihazı boyunca darbenin her bir gidiş-dönüş yolculuğu için spektral ve nokta değişimlerini ayrıntılı olarak göstermektedir. Şekil 4(a) 1/spektrum, spektral temizlik parametresindeki değişiklikle tutarlıdır ve spektral yarı yükseklik genişliği, 10 gidiş-dönüş sonrasında sabit kalır, ancak 1/spektrum artar ve spektrum daha büyük bir tabana sahip gibi görünür. Şekil 4(b)'deki çizim nihai çıktı noktasını mükemmel bir Gaussian olarak göstermektedir. Şekil 4 (c), sonraki darbelerin sıkıştırılabilirliğini sağlayacak şekilde baştan sona düzgün bir şekilde değişen nokta boyutunun gelişimini göstermektedir.
Şekil 4(a), her gidiş-dönüş sonrasında spektral yayılımın gelişimini göstermektedir; (b) yayılmanın sonundaki uzaysal modeli gösterir; ve (c) gazsız (mavi çizgi) ve gazlı (noktalar) yayılma sırasındaki enine ışın boyutlarının karşılaştırmasını gösterir.
Bu yazıda, darbeyi sıkıştırmak için çok geçişli bir boşluk kullanıldığında, darbe enerjisini ve gaz basıncını birlikte optimize ederek geniş ve temiz bir spektrum ve yüksek kalitede sıkıştırılmış bir darbe elde edilebileceği sayısal simülasyon yoluyla gösterilmiştir. pratik bir çok geçişli boşluk sisteminin sonraki inşası için bir kılavuz sağlayacaktır.
