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 en cristalls no òxids. El sistema làser de fibra dopada amb tuli pot produir cent polsos de femtosegons amb una longitud d'ona central propera a 2 μm. El grup Limpert de Jena, Alemanya, va sintetitzar de manera coherent les sortides de quatre amplificadors de fibra dopat amb tuli el 2022 [1], i finalment va obtenir 85 polsos fs amb una energia de pols d'1,65 mJ i una freqüència de repetició de 100 kHz, que trenca el limitacions d'una sola fibra òptica sobre l'energia d'un sol pols i la potència mitjana. El dispositiu es mostra a la figura 1.
Figura 1 Diagrama esquemàtic del dispositiu de síntesi coherent amb quatre fibres dopades amb tuli.
Per tal d'escurçar encara més l'amplada del pols, el grup de Limpert utilitzarà el dispositiu anterior com a front-end el 2023 i utilitzarà fibra òptica de nucli buit per a la compressió. L'estructura del dispositiu de compressió es mostra a la figura 2, que inclou dues cambres de buit d'entrada i sortida, respectivament, i una cambra d'alta tensió per a l'ampliació no lineal, que s'omple amb gas argó. Per tal de reduir l'absorció de vapor d'aigua, es manté la pressió de l'aire a les dues cambres de buit<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%.
Figura 2 Diagrama esquemàtic del dispositiu de compressió de fibra de nucli buit
Augmentant gradualment la pressió del gas dins de la cavitat, els resultats de sortida corresponents es mostren a la figura 3. Quan la pressió del gas és inferior a 3 bar, la potència de sortida és d'uns 139 W i la qualitat del feix continua sent bona (Fig. 3a). Quan la pressió de l'aire és superior a 3 bar, la potència de sortida comença a disminuir i la qualitat del feix es deteriora significativament, i el punt s'ha desviat del feix gaussià a 4,25 bar, tal com es mostra a la figura 3b. La figura 3c analitza les amplades espectrals de les sortides sota diferents pressions d'aire. Quan la pressió de l'aire supera els 3 bar, els espectres ja no s'amplien significativament amb l'augment de la pressió de l'aire i els polsos de límit de transformació corresponents romanen bàsicament sense canvis. Els autors van considerar els factors anteriors i finalment van triar una pressió d'aire de 3 bar per als experiments posteriors.
Fig. 3 Resultats de sortida de diferents pressions d'aire en una fibra de nucli buit
Els espectres i les corbes d'autocorrelació mesurades a una pressió d'aire de 3 bar es mostren a la figura 4, amb els espectres que cobreixen 1,2 μm-2,4 μm. Després d'utilitzar un parell de miralls xiulats per compensar la dispersió, l'amplada del pols es redueix a 10,2 fs, la potència mitjana és de 132 W i l'energia màxima principal dels polsos representa el 66% de la energia, amb una potència màxima de fins a 80 GW. La figura 5 mostra els resultats de la prova d'estabilitat, i el soroll d'intensitat relativa de la sortida frontal és del 0,75%. que es concentra en el rang de freqüències de 20 Hz a 50 kHz. Després de la compressió de pols no lineal, la contribució principal del soroll es troba en el rang de baixa freqüència de fins a 2 kHz, que prové de la vibració mecànica de la bomba de buit i refrigeració per aigua, demostrant que no hi ha cap introducció de soroll addicional durant el procés de compressió, assegurant l'estabilitat de la font de llum.
Fig. 4 Mesures espectrals i d'autocorrelació a 3 bar de pressió d'aire
Fig. 5 Prova d'estabilitat a curt termini
En aquest article, s'obté un pols de femtosegon d'alta energia amb una longitud d'ona central d'1,9 μm, una amplada de 10,2 fs, una amplada de pols de menys de dos cicles, una energia de pols d'1,3 mJ i una potència màxima de 80 GW. utilitzant una compressió de fibra de nucli buit. La potència mitjana d'aquesta font de llum és de 132 W, que és el nivell de potència més alt dels polsos de menys cicle que funcionen a la regió d'infrarojos de longitud d'ona curta, i aquesta alta energia impulsada per alta potència. Aquesta font de llum d'alta energia i d'alta potència promourà enèrgicament el desenvolupament de la tecnologia làser a la banda d'infrarojos mitjans.
