Ултрабрзи ласери велике снаге, веома репетитивни, допирани итербијумом, од велике су вредности за примену у истраживању и индустрији. Међутим, уски спектрални опсег (10 нм) овог ласерског система довео је до појаве бројних пост-компресионих техника заснованих на самофазној модулацији за проширење спектра. Ефикасност компресије техника са више пролазних шупљина може да премаши > 90 процената, производећи ултракратке импулсе високе енергије, високе просечне снаге са уједначеном просторном дистрибуцијом.
У овом раду нумерички симулирамо процес компресије у вишепролазној шупљини и показујемо како оптимизовати параметре система тако да проширени спектар има глатку фазу и да се добију чисти компримовани импулси.
Аутори су користили дистрибуирану Фуријеову нумеричку методу да симулирају пропагацију импулса унутар вишепролазне шупљине. У симулацији се узимају у обзир ефекти као што су дифракција, дисперзија, самофазна модулација и самопојачавање, а гас унутар вишепролазне шупљине је инертан гас тако да се Раманови ефекти могу занемарити. Интензитет импулса у шупљини се контролише испод прага јонизације, тако да се ефекат јонизације такође може занемарити. Стварни вишепролазни систем шупљине треба да задовољи четири услова: (1) оптичка дужина унутар шупљине је већа од нелинеарне дужине и мања од дужине дисперзије, тј. < Л<; (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.
Слика 1 Регион параметара вишепролазне шупљине.
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 процената и секундарни интензитет пулса од<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.
Слика 2 Чистоћа пулса у дијаграму енергија-притисак.
Са слике 2 може се видети да се бољи резултати компресије могу добити када је енергија импулса 100 μЈ и притисак 10 бара, а сродни резултати симулације су приказани на слици 3. Анализирана је просторна униформност спектра. на сл. 3(а) и сл. 3(б), и може се видети да су спектри к-осе и и-осе потпуно исти, а просторна униформност је добра. На сликама 3(ц) и 3(д) приказане су ширине и спектри импулса, из којих се може видети да спектри имају велико заостајање дна и глатку параболичну фазу, што одговара граничном импулсу трансформације од 14,2 фс.
Слика 3 Просторне спектралне дистрибуције на к-оси (а) и и-оси (б), као и дистрибуције ширине импулса (ц) и спектралне (д), за резултат проширења и компресије импулса са енергијом од 100 μЈ у МПЦ напуњеном аргоном од 10 бара.
На слици 4 су детаљно приказане спектралне и спот варијације за сваки кружни пут импулса кроз уређај са вишепролазном шупљином. Слика 4(а) 1/спектар је у складу са променом параметра спектралне чистоће и ширина спектралне половине висине остаје константна након 10 кружних путовања, али 1/спектар се повећава и чини се да спектар има већу основу. Графикон на слици 4(б) приказује коначну излазну тачку као савршен Гаусов. Слика 4 (ц) показује еволуцију величине тачке, која се глатко мења у целом делу, обезбеђујући компресибилност наредних импулса.
Слика 4 (а) приказује еволуцију спектралног ширења након сваког кружног путовања; (б) приказује просторни образац на крају пропагације; и (ц) приказује поређење величина попречних зрака током простирања без гаса (плава линија) и са гасом (тачке)
У овом раду је кроз нумеричку симулацију демонстрирано да се при употреби вишепролазне шупљине за компресију импулса, заједничким оптимизацијом енергије импулса и притиска гаса може добити широк и чист спектар и висококвалитетан компримовани импулс, што пружиће водич за накнадну конструкцију практичног вишепролазног система шупљина.
