Yeni Teknoloji, Ultra Kısa Lazer Darbeleri Üretmek İçin Farklı Dalga Boylarındaki Fiber Lazerleri Birleştiriyor

Son zamanlarda, Berkeley Laboratuvarı'nın Hızlandırıcı Teknolojisi ve Uygulamalı Fizik (ATAP) bölümünden bir grup araştırmacı, ultra kısa lazer darbeleri üretmek için farklı dalga boylarındaki fiber lazerleri birleştirebilen yeni bir tekniğin geliştirildiğini duyurdu.
Bu çalışma, yüksek enerji fiziğinin sınırlarını zorlama potansiyeline sahip olan ve malzeme bilimi, füzyon araştırmaları ve diğer birçok alanda keşiflere olanak tanıyan lazer plazma gaz pedallarının (LPA) gelişimini ilerletebilir.
Lazer plazma gaz pedalları (LPA'lar), yüklü parçacıkları bir plazma aracılığıyla mevcut teknolojiden 1,000 kata kadar daha hızlı hızlandırmak için yoğun ultra hızlı lazer ışığı darbeleri kullanır ve bu da mevcut teknolojiden daha kompakt ve güçlü makinelerin oluşturulmasını sağlar. geleneksel gaz pedalları ve inşa edilmesi ve çalıştırılması daha ucuzdur.
Şu anda, çoğu lazer plazma gaz pedalı (LPA), yalnızca birkaç hertz (Hz) tekrarlama frekanslarına sahip lazer darbeleri kullanır. Bununla birlikte, LPA'ların tam potansiyelini gerçekleştirmek, kHz veya daha yüksek tekrarlama frekanslarında ultra kısa, yüksek enerjili lazer darbeleri üretebilen yüksek güçlü lazer sistemleri gerektirir.
Bu sınırlamalar, bu tür darbeler üreten lazer sistemlerine çok zorlu gereksinimler getirir. Sonuç olarak araştırmacı, "şimdiye kadarki en verimli yüksek güçlü lazer teknolojisi olduğunu ve ayrıca çalışmalarımızda yararlanılabilecek kapsamlı bir endüstriyel gelişmeye sahip olduğunu" söylediği fiber lazerlere yöneldi.
Fiber lazerler tarafından üretilen darbelerin enerjisi ve gücü, uzay ve zamanda birden fazla darbe birleştirilerek artırılabilirken, bu darbeler şu anda yaklaşık 100 femtosaniye (fs) ile sınırlıdır ve bu, lazer plazma gaz pedallarını (LPA'lar) çalıştırmak için yeterli değildir.
ATAP'ın bir parçası olan BELLA Merkezi'ndeki araştırma bilim adamları, "Fiber lazer sistemleri en yüksek elektro-optik güç verimliliklerini sağlarken - bu sistemlerde güçlendirilmiş ultra kısa lazer darbelerinin spektrumu daralır" diye açıklıyor.
"Lazer darbeleri bu şekilde güçlendirildiğinde, kazanç daralması temel bir etkidir; darbenin spektrumu ne kadar darsa, süre o kadar uzun olur. Sonuç olarak, yüksek güçlü fiber lazerlerin 100'den daha kısa darbeler üretmesi çok zordur. saniye."
Bununla birlikte, ekip (Mühendislikten Qiang Du ve ATAP'tan Dan Wang ve Russell Wilcox dahil) bitişik dalga boyu aralıklarında çalışan çoklu lazer darbelerini spektral olarak birleştirerek, onlarca saniyelik çok kısa darbeleri destekleyebilen ultra geniş birleşik bir spektrum elde etti.
Bant genişliğini artırmak ve onlarca saniye uzunluğunda darbeler oluşturmak için, araştırmacılar önce mod kilitli bir osilatör ve iterbiyum katkılı bir fiber yükseltici (YDFA) kullanarak 100 MHz tekrar hızında 120-ikinci darbeler üretti. Bir fotonik kristal fibere gönderildiler ve bu lazer atımlarının spektrumu 27 nanometreden (nm) 90 nm'ye genişledi.
Daha sonra, lazer darbelerinin önemli bir yoğunluk kaybı olmadan ayrılmasına veya birleştirilmesine izin veren, böylece darbeleri spektral olarak bölen bir dikroik ayna kullandılar. Daha sonra ilgili darbe spektrumlarının yoğunluğunu ve fazını şekillendirmek için iki darbe şekillendiriciye gönderildiler. Yansıtılan darbeler birinci şekillendiriciye gönderildiğinde, yayılan darbeler YDFA tarafından yükseltilir, darbeler ikinci şekillendirici tarafından oluşturulur ve ayrıca başka bir dikroik ayna tarafından bölünür. Fiber lazerden gelen üç cıvıl cıvıl darbe daha sonra yükseltilir ve ek dikroik aynalar kullanılarak yeniden birleştirilir.
Sentetik darbe şekillendirme ile birleştirilen bu ultra geniş bant spektrumu, yalnızca 42 saniyelik darbeler üretir; bu, üç fiber kanalı tarafından üretilen darbelerden çok daha kısadır. Ekibe göre bu, spektral olarak birleştirilmiş iterbiyum fiber lazer sisteminden elde edilen en kısa atımlı lazer süresidir.
Bu çalışma şimdiye kadar düşük enerjilerde ultra hızlı darbeler göstermiş olsa da, ultra geniş bant spektral birleştirme ve tutarlı spektral sentez darbe şekillendirmenin temel ilkelerini gösterir ve lazer plazma gaz pedallarını (LPA'lar) sürmek için fiber lazerlerin kullanımında bir çığır açar. Ekip gelecekte daha fazla amplifikasyon aşaması eklemeyi ve fiber lazerleri uzamsal, geçici ve spektral olarak birleştirerek onlarca saniyelik yüksek enerjili lazer darbeleri üretebilen çok boyutlu teknikleri uygulamayı planlıyor.