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 mitteoksiidikristallides. Tuliumiga legeeritud kiudlasersüsteem suudab toota sada femtosekundilist impulssi, mille keskne lainepikkus on 2 μm lähedal. Saksamaal Jenas asuv Limperti grupp sünteesis 2022. aastal sidusalt nelja tuuliumiga legeeritud fiiberoptimendi väljundid [1] ja lõpuks saadi 85 fs impulssi impulsienergiaga 1,65 mJ ja kordussagedusega 100 kHz, mis murrab läbi ühe optilise kiu piirangud ühe impulsi energiale ja keskmisele võimsusele. Seade on näidatud joonisel 1.
Joonis 1 Nelja tuuliumiga legeeritud kiuga koherentse sünteesiseadme skemaatiline diagramm.
Impulsi laiuse edasiseks lühendamiseks kasutab Limperti grupp 2023. aastal ülaltoodud seadet esiotsana ja kasutab tihendamiseks õõnestuumalist optilist kiudu. Kokkusurumisseadme struktuur on näidatud joonisel fig. 2, mis sisaldab kahte vaakumkambrit vastavalt sisendiks ja väljundiks ning kõrgepingekambrit mittelineaarseks laiendamiseks, mis on täidetud argoongaasiga. Veeauru neeldumise vähendamiseks hoitakse mõlemas vaakumkambris õhurõhku<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%.
Joonis 2 Õõnessüdamiku kiudude kokkusurumisseadme skemaatiline diagramm
Järk-järgult suurendades gaasirõhku õõnsuses, on vastavad väljundtulemused näidatud joonisel 3. Kui gaasirõhk on alla 3 baari, on väljundvõimsus umbes 139 W ja kiire kvaliteet püsib hea (joonis 3a). Kui õhurõhk on kõrgem kui 3 baari, hakkab väljundvõimsus vähenema ja kiire kvaliteet halveneb oluliselt ning punkt on Gaussi kiirest kõrvale kaldunud 4,25 baari juures, nagu on näidatud joonisel 3b. Joonisel 3c on analüüsitud väljundite spektraallaiused erinevatel õhurõhkudel. Pärast õhurõhu ületamist üle 3 baari spektrid õhurõhu tõusuga enam oluliselt ei laiene ning vastavad teisenduspiirimpulsid jäävad põhimõtteliselt muutumatuks. Autorid arvestasid ülaltoodud tegureid ja valisid lõpuks järgmisteks katseteks 3 baari õhurõhu.
Joonis 3 Erinevate õhurõhkude väljundtulemused õõneskius
3-baarise õhurõhu juures mõõdetud spektrid ja autokorrelatsioonikõverad on näidatud joonisel 4, kusjuures spektrid katavad 1,2 μm-2,4 μm. Pärast paari piiksuvate peeglite kasutamist dispersiooni kompenseerimiseks väheneb impulsi laius 10,2 fs-ni, keskmine võimsus on 132 W ja impulsside peamine tippenergia moodustab 66 protsenti energiat, mille tippvõimsus on kuni 80 GW. Joonisel 5 on näidatud stabiilsustesti tulemused ja esiotsa väljundi suhteline intensiivsusmüra on 0,75 protsenti. mis on koondunud sagedusvahemikku 20 Hz kuni 50 kHz. Pärast mittelineaarset impulsi kokkusurumist on müra peamine panus madala sagedusega kuni 2 kHz, mis tuleneb vesijahutus- ja vaakumpumba mehaanilisest vibratsioonist, mis tõestab, et kokkusurumisprotsessi käigus ei teki lisamüra, tagades valgusallika stabiilsus.
Joonis 4 Spektri ja autokorrelatsiooni mõõtmised 3 baari õhurõhul
Joonis 5 Lühiajaline stabiilsuskatse
Selles artiklis saadakse suure energiaga femtosekundiline impulss kesklainepikkusega 1,9 μm, laiusega 10,2 fs, impulsi laiusega alla kahe tsükli, impulsi energiaga 1,3 mJ ja tippvõimsusega 80 GW kasutades õõnessüdamiku kiudude kokkusurumist.Selle valgusallika keskmine võimsus on 132 W, mis on lühilainepikkusega infrapunapiirkonnas töötavate väiksema tsükliga impulsside kõrgeim võimsustase ja see suure energiatarbega suure võimsusega juhitav valgusallikas on kindlasti jõuliselt See suure energiatarbega suure võimsusega valgusallikas edendab jõudsalt lasertehnoloogia arengut keskmises infrapunaribas.
