Нова технологија комбинује ласере са влакнима различитих таласних дужина за производњу ултракратких ласерских импулса

Недавно је група истраживача из одељења за акцелераторску технологију и примењену физику (АТАП) лабораторије Беркли најавила развој нове технике која може комбиновати ласере са влакнима различитих таласних дужина за производњу ултракратких ласерских импулса.
Овај рад би могао да унапреди развој ласерских плазма гасних педала (ЛПА), које имају потенцијал да помере границе физике високих енергија и омогуће открића у науци о материјалима, истраживању фузије и многим другим областима.
Ласерске плазма педале гаса (ЛПА) користе интензивне импулсе ултрабрзе ласерске светлости да убрзају наелектрисане честице кроз плазму брзином до 1,000 пута већом од тренутне технологије, омогућавајући стварање машина које су компактније и моћније од конвенционалне педале за гас, и јефтиније за израду и рад.
Тренутно, већина ласерских плазма педала за гас (ЛПА) користи ласерске импулсе са фреквенцијом понављања од само неколико херца (Хз). Међутим, остваривање пуног потенцијала ЛПА захтева ласерске системе велике снаге способне да генеришу ултракратке ласерске импулсе високе енергије на фреквенцијама понављања од кХз или већим.
Ова ограничења постављају веома захтевне захтеве за ласерске системе који генеришу такве импулсе. Као резултат тога, истраживач се окренуо ласерима са влакнима, за које каже да су „далеко најефикаснија ласерска технологија велике снаге и такође имају обиман индустријски развој који се може искористити у нашем раду“.
Док се енергија и снага импулса које генеришу ласери са влакнима могу појачати комбиновањем више импулса у простору и времену, ови импулси су тренутно ограничени на око 100 фемтосекунди (фс), што није довољно за покретање ласерских плазма гасних педала (ЛПА).
Научници истраживачи у БЕЛЛА центру, који је део АТАП-а, објашњавају: „Док системи ласерских влакана пружају највећу електро-оптичку ефикасност – спектар ултракратких ласерских импулса појачаних у овим системима се сужава“.
"Када се ласерски импулси појачавају на овај начин, сужавање појачања је фундаментални ефекат; што је ужи спектар импулса, то је дуже трајање. Као резултат тога, веома је изазовно за оптичке ласере велике снаге да генеришу импулсе краће од 100 секунди."
Међутим, спектралним комбиновањем више ласерских импулса који раде у суседним опсегима таласних дужина, тим (укључујући Кианг Ду из инжењеринга и Дан Ванг-а и Русселл Вилцок-а из АТАП-а) је постигао ултра-широк комбиновани спектар способан да подржи веома кратке импулсе од десетина секунди.
Да би повећали пропусни опсег и генерисали импулсе дуге десетине секунди, истраживачи су прво користили осцилатор са блокадом мода и појачало са влакнима допираним итербијумом (ИДФА) да би генерисали 120-друге импулсе са стопом понављања од 100 МХз. Они су послати у фотонско кристално влакно, а спектар ових ласерских импулса се проширио са 27 нанометара (нм) на 90 нм.
Затим су користили дихроично огледало, које омогућава да се ласерски импулси раздвоје или комбинују без значајног губитка интензитета, чиме се импулси деле спектрално. Они су затим послати у два облика импулса да обликују интензитет и фазу одговарајућих пулсних спектра. Када се рефлектовани импулси пошаљу у први обликовач, емитовани импулси се појачавају од стране ИДФА, импулси се формирају од стране другог уређаја за обликовање, а даље се раздвајају помоћу другог дихроичног огледала. Три цирпирана импулса из ласерског влакна се затим појачавају и рекомбинују коришћењем додатних дихроичних огледала.
Овај ултра-широкопојасни спектар у комбинацији са синтетичким обликовањем импулса производи импулсе у трајању од само 42 секунде, што је много краће од импулса које производе три канала влакана. Према тиму, ово је најкраће трајање пулсног ласера ​​добијено од спектрално комбинованог ласерског система од итербијумских влакана.
Иако је овај рад до сада показао ултрабрзе импулсе при ниским енергијама, он показује кључне принципе ултраширокопојасног спектралног комбиновања и кохерентног спектралног синтезног обликовања импулса, и пружа пробој у употреби ласера ​​са влакнима за покретање ласерских плазма гасних педала (ЛПА). У будућности, тим планира да дода још степени за појачавање и имплементира вишедимензионалне технике способне да комбинују ласере са влакнима просторно, временски и спектрално да би генерисали десетине секунди ласерских импулса високе енергије.