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 מיקרומטר בגבישים שאינם תחמוצתיים. מערכת לייזר סיבים מסוממים בתוליום יכולה לייצר מאה פולסים של פמט-שניות עם אורך גל מרכזי קרוב ל-2 מיקרומטר. קבוצת לימפרט בינה, גרמניה, סינתזה באופן קוהרנטי את הפלטים של ארבעה מגברי סיבים מסוממים בתוליום בשנת 2022 [1], ולבסוף השיגה 85 פולסים fs עם אנרגיית פולסים של 1.65 mJ ותדר חזרה של 100 קילו-הרץ, הפורץ דרך מגבלות של סיב אופטי בודד על אנרגיית הדופק הבודד וההספק הממוצע. המכשיר מוצג באיור 1.
איור 1 תרשים סכמטי של מכשיר הסינתזה הקוהרנטי עם ארבעה סיבים מסוממים בתוליום.
על מנת לקצר עוד יותר את רוחב הפולסים, הקבוצה של לימפרט תשתמש במכשיר הנ"ל כחזית קצה בשנת 2023, ותשתמש בסיב אופטי חלול לדחיסה. מבנה מכשיר הדחיסה מוצג באיור 2, כולל שני תאי ואקום לכניסה ופלט, בהתאמה, ותא מתח גבוה להתרחבות לא ליניארית, המלא בגז ארגון. על מנת להפחית את ספיגת אדי המים, לחץ האוויר בשני תאי הוואקום נשמר<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%.
איור 2 תרשים סכמטי של מכשיר הדחיסה של סיבי הליבה החלולה
הגדלת לחץ הגז בהדרגה בתוך החלל, תוצאות התפוקה המתאימות מוצגות באיור 3. כאשר לחץ הגז נמוך מ-3 בר, הספק המוצא הוא סביב 139 W ואיכות האלומה נשארת טובה (איור 3א). כאשר לחץ האוויר גבוה מ-3 בר, הספק המוצא מתחיל לרדת ואיכות האלומה מתדרדרת באופן משמעותי, והנקודה חרגה מהקרן גאוסית ב-4.25 בר, כפי שמוצג באיור 3b. איור 3c מנתח את הרוחב הספקטרלי של הפלטים תחת לחצי אוויר שונים. לאחר שלחץ האוויר עולה על 3 בר, הספקטרום אינו מתרחב יותר באופן משמעותי עם עליית לחץ האוויר, ופעימות גבול הטרנספורמציה המקבילות נותרות ללא שינוי. המחברים שקלו את הגורמים לעיל ולבסוף בחרו בלחץ אוויר של 3 בר עבור הניסויים הבאים.
איור 3 תוצאות פלט של לחצי אוויר שונים בסיבי ליבה חלולה
הספקטרום ועקומות הקורלציה האוטומטית שנמדדו בלחץ אוויר של 3 בר מוצגות באיור 4, כאשר הספקטרום מכסה 1.2 מיקרומטר -2.4 מיקרומטר. לאחר שימוש בזוג מראות מצייצות כדי לפצות על הפיזור, רוחב הפולסים מצטמצם ל- 10.2 fs, ההספק הממוצע הוא 132 W, ואנרגיית השיא העיקרית של הפולסים מהווה 66 אחוז מה- אנרגיה, עם הספק שיא של עד 80 GW. איור 5 מדגים את תוצאות מבחן היציבות, ורעש העוצמה היחסי של הפלט הקדמי הוא 0.75 אחוז. שמרוכז בטווח התדרים של 20 הרץ עד 50 קילו-הרץ. לאחר דחיסת דופק לא ליניארי, תרומת הרעש העיקרית היא בתחום התדרים הנמוכים עד 2 קילו-הרץ, הנובעת מהרטט המכני של קירור המים ומשאבת הוואקום, מה שמוכיח שאין החדרה של רעש נוסף במהלך תהליך הדחיסה, מה שמבטיח היציבות של מקור האור.
איור 4 מדידות ספקטרליות ואוטוקורלציה בלחץ אוויר של 3 בר
איור 5 מבחן יציבות לטווח קצר
במאמר זה מתקבלים דופק פמט-שנייה באנרגיה גבוהה עם אורך גל מרכזי של 1.9 מיקרומטר, רוחב של 10.2 fs, רוחב פולס של פחות משני מחזורים, אנרגיית פולס של 1.3 mJ והספק שיא של 80 GW באמצעות דחיסת סיבים חלולים. ההספק הממוצע של מקור אור זה הוא 132 וואט, שהיא רמת ההספק הגבוהה ביותר של הפולסים הפחות-מחזוריים הפועלים באזור אינפרא אדום קצר אורך גל, ומונע זה באנרגיה גבוהה ובעוצמה גבוהה מקור אור בהחלט יפעל במרץ מקור אור זה בעל אנרגיה גבוהה ועוצמה גבוהה יקדם במרץ את הפיתוח של טכנולוגיית לייזר ברצועת האינפרא אדום האמצעית.
