A nagy teljesítményű, ismétlődő, ytterbiummal adalékolt ultragyors lézerek nagy értéket képviselnek a kutatásban és az iparban. Ennek a lézerrendszernek a szűk spektrális sávszélessége (10 nm) azonban számos utólagos tömörítési technika megjelenéséhez vezetett, amelyek önfázisú moduláción alapulnak a spektrum szélesítésére. A többlépcsős üreges technikák kompressziós hatékonysága meghaladhatja a 90 százalékot, így nagy energiájú, nagy átlagos teljesítményű ultrarövid impulzusokat állítanak elő, egyenletes térbeli eloszlással.
Ebben a cikkben numerikusan szimuláljuk a tömörítési folyamatot egy többutas üregben, és bemutatjuk, hogyan optimalizálhatjuk a rendszerparamétereket úgy, hogy a kiszélesített spektrum egyenletes fázisú legyen, és tiszta tömörített impulzusokat kapjunk.
A szerzők elosztott Fourier numerikus módszerrel szimulálták az impulzus terjedését a többutas üregben. A szimuláció során figyelembe veszik az olyan hatásokat, mint a diffrakció, a diszperzió, az önfázisú moduláció és az önmerevedés, és a többutas üregben lévő gáz inert gáz, így a Raman-effektusok figyelmen kívül hagyhatók. Az üregben az impulzus intenzitása az ionizációs küszöb alatt van szabályozva, így az ionizációs hatást is figyelmen kívül lehet hagyni. A tényleges többutas üregrendszernek négy feltételt kell teljesítenie: (1) az üregben lévő optikai hossz nagyobb, mint a nemlineáris hossz, és kisebb, mint a diszperziós hossz, azaz < 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.
1. ábra Többjáratú üreg paramétertartománya.
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 százalék és a másodlagos impulzusintenzitás<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.
2. ábra Impulzustisztaság az energia-nyomás diagramban.
A 2. ábrán látható, hogy jobb kompressziós eredmények érhetők el, ha az impulzus energia 100 μJ és a nyomás 10 bar, a kapcsolódó szimulációs eredmények pedig a 3. ábrán láthatók. A spektrumok térbeli egyenletességét elemezzük. ábrán a 3(a) és 3(b), és látható, hogy az x tengely és az y tengely spektruma pontosan megegyezik, és a térbeli egyenletesség jó. A 3(c) és 3(d) ábrákon láthatók az impulzusszélességek és spektrumok, amelyekből látható, hogy a spektrumok nagy alsó zárójellel és sima parabolikus fázissal rendelkeznek, ami 14,2 fs transzformációs határimpulzusnak felel meg.
3. ábra Térbeli spektrális eloszlások az x tengelyen (a) és y tengelyen (b), valamint az impulzusszélesség (c) és spektrális (d) eloszlás az impulzus szélesítési és tömörítési eredményéhez 100 energiával μJ 10 bar argonnal töltött MPC-ben.
A 4. ábra részletesen bemutatja a spektrális és foltvariációkat az impulzusnak a többutas üreges eszközön keresztül történő minden egyes oda-vissza útjára vonatkozóan. A 4(a) ábra 1/spektrum összhangban van a spektrális tisztasági paraméter változásával, és a spektrális félmagasság szélessége 10 oda-vissza út után is állandó marad, de az 1/spektrum növekszik, és úgy tűnik, hogy a spektrum alapja nagyobb. A 4(b) ábrán látható diagram a végső kimeneti pontot tökéletes Gauss-képként mutatja. A 4(c) ábra szemlélteti a foltméret alakulását, amely végig egyenletesen változik, biztosítva a következő impulzusok összenyomhatóságát.
a 4(a) ábra a spektrális szórás alakulását mutatja minden egyes oda-vissza út után; (b) mutatja a térbeli mintát a terjedés végén; és (c) a keresztirányú nyalábméretek összehasonlítását mutatja gáz nélkül (kék vonal) és gázzal (pontok) terjedés közben.
Ebben a cikkben numerikus szimulációval bemutatjuk, hogy az impulzus kompressziójára többútvonalas üreg alkalmazásával széles és tiszta spektrum, valamint jó minőségű tömörített impulzus érhető el az impulzusenergia és a gáznyomás együttes optimalizálásával, ami útmutatót ad egy praktikus többjáratú üregrendszer későbbi felépítéséhez.
