Suure võimsusega, väga korduvad ytterbium-legeeritud ülikiired laserid on teadusuuringute ja tööstuse rakendustes väga väärtuslikud. Selle lasersüsteemi kitsas spektraalne ribalaius (10 nm) on aga kaasa toonud arvukate tihendusjärgsete tehnikate tekkimise, mis põhinevad spektri laiendamiseks isefaasi modulatsioonil. Mitmekäigulise õõnsuse tehnikate tihendamise efektiivsus võib ületada > 90 protsenti, tekitades ühtlase ruumilise jaotusega suure energiatarbega suure keskmise võimsusega ülilühikesi impulsse.
Selles artiklis simuleerime arvuliselt tihendusprotsessi mitme läbipääsuga õõnsuses ja näitame, kuidas optimeerida süsteemi parameetreid nii, et laiendatud spektril oleks sujuv faas ja saadakse puhtad kokkusurutud impulsid.
Autorid kasutasid hajutatud Fourier' numbrilist meetodit, et simuleerida impulsi levikut mitme läbipääsuga õõnsuses. Simulatsioonis võetakse arvesse selliseid efekte nagu difraktsioon, dispersioon, isefaasiline modulatsioon ja isejärkumine ning mitme läbipääsuga õõnsuses olev gaas on inertgaas, nii et Ramani efekte võib tähelepanuta jätta. Impulsi intensiivsust õõnsuses kontrollitakse alla ionisatsiooniläve, seega võib ka ionisatsiooniefekti ignoreerida. Tegelik mitme läbipääsuga õõnsuse süsteem peab vastama neljale tingimusele: (1) õõnsuse sees olev optiline pikkus on suurem kui mittelineaarne pikkus ja väiksem kui dispersiooni pikkus, st < 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.
Joonis 1 Mitmekäigulise õõnsuse parameetri piirkond.
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 protsenti ja sekundaarne impulsi intensiivsus<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.
Joonis 2 Impulsi puhtus energia-rõhu diagrammil.
Jooniselt 2 on näha, et paremad kokkusurumistulemused on võimalik saada, kui impulsi energia on 100 μJ ja rõhk on 10 baari ning sellega seotud simulatsiooni tulemused on näidatud joonisel 3. Analüüsitakse spektrite ruumilist ühtlust 3(a) ja joonisel 3(b) ning on näha, et x-telje ja y-telje spektrid on täpselt samad ning ruumiline ühtlus on hea. Joonistel 3(c) ja 3(d) on näidatud impulsi laiused ja spektrid, millest on näha, et spektritel on suur põhjajälg ja sujuv paraboolfaas, mis vastab teisenduse piirimpulsile 14,2 fs.
Joonis 3 Ruumilised spektraaljaotused x-teljel (a) ja y-teljel (b), samuti impulsi laius (c) ja spektraaljaotus (d) impulsi laiendamise ja kokkusurumise tulemuseks energiaga 100 μJ 10 baari argooniga täidetud MPC-s.
Joonisel fig 4 on üksikasjalikult näidatud spektri- ja punktvariatsioonid impulsi iga edasi-tagasi liikumise kohta läbi mitmekäigulise õõnsusseadme. Joonis 4(a) 1/spekter on kooskõlas spektraalse puhtuse parameetri muutusega ja spektri poolkõrguse laius jääb konstantseks pärast 10 edasi-tagasi reisi, kuid 1/spekter suureneb ja spektril näib olevat suurem alus. Joonisel 4(b) olev graafik näitab lõplikku väljundpunkti täiusliku Gaussi joonena. Joonis fig 4 (c) näitab laigu suuruse muutumist, mis muutub sujuvalt kogu ulatuses, tagades järgnevate impulsside kokkusurutavuse.
joonisel fig 4 (a) on näidatud spektraalhajutuse areng pärast iga edasi-tagasi reisi; (b) näitab ruumilist mustrit levimise lõpus; ja (c) näitab põikkiire suuruste võrdlust levimisel ilma gaasita (sinine joon) ja gaasiga (punktid)
Käesolevas töös demonstreeritakse numbrilise simulatsiooni abil, et kui kasutada impulsi kokkusurumiseks mitmekäigulist õõnsust, on impulsi energia ja gaasi rõhu ühisel optimeerimisel võimalik saada lai ja puhas spekter ning kvaliteetne kokkusurutud impulss. annab juhendi praktilise mitmekäigulise õõnsussüsteemi hilisemaks ehitamiseks.
