Laser ultracepat yang didoping ytterbium dengan daya tinggi dan sangat berulang sangat bermanfaat untuk aplikasi dalam penelitian dan industri. Namun, bandwidth spektral yang sempit (10 nm) dari sistem laser ini telah menyebabkan munculnya berbagai teknik pasca-kompresi berdasarkan modulasi fase mandiri untuk memperluas spektrum. Efisiensi kompresi teknik rongga multipass dapat melebihi > 90 persen, menghasilkan pulsa ultrashort berenergi tinggi dan berkekuatan rata-rata tinggi dengan distribusi spasial yang seragam.
Dalam makalah ini, kami mensimulasikan secara numerik proses kompresi dalam rongga multipass dan menunjukkan cara mengoptimalkan parameter sistem sehingga spektrum yang diperluas memiliki fase yang halus dan diperoleh pulsa kompresi yang bersih.
Penulis menggunakan metode numerik Fourier terdistribusi untuk mensimulasikan perambatan pulsa di dalam rongga multipass. Efek seperti difraksi, dispersi, modulasi fase diri, dan pencurahan diri diperhitungkan dalam simulasi, dan gas di dalam rongga multipass adalah gas inert sehingga efek Raman dapat diabaikan. Intensitas denyut di dalam rongga dikontrol di bawah ambang ionisasi, sehingga efek ionisasi juga dapat diabaikan. Sistem rongga multi-pass yang sebenarnya harus memenuhi empat kondisi: (1) panjang optik di dalam rongga lebih besar dari panjang nonlinier dan lebih kecil dari panjang dispersi, yaitu < 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.
Gambar 1 Wilayah parameter rongga multi-pass.
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 persen dan intensitas denyut sekunder<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.
Gambar 2 Kebersihan pulsa pada diagram tekanan energi.
Dari Gambar 2 terlihat bahwa hasil kompresi yang lebih baik dapat diperoleh ketika energi pulsa 100 μJ dan tekanan 10 bar, dan hasil simulasi terkait ditunjukkan pada Gambar 3. Keseragaman spasial spektrum dianalisis pada Gambar 3(a) dan Gambar 3(b), terlihat bahwa spektrum sumbu x dan sumbu y sama persis, dan keseragaman spasialnya baik. Gambar 3(c) dan 3(d) menunjukkan lebar pulsa dan spektrum, yang darinya dapat dilihat bahwa spektrum memiliki trailing bawah yang besar dan fase parabola halus, yang sesuai dengan pulsa batas transformasi sebesar 14,2 fs.
Gambar 3 Distribusi spektral spasial pada sumbu x (a) dan sumbu y (b), serta distribusi lebar pulsa (c) dan distribusi spektral (d), untuk hasil pelebaran dan kompresi pulsa dengan energi 100 μJ dalam MPC yang diisi dengan 10 bar argon.
Gambar 4 menunjukkan secara rinci variasi spektral dan titik untuk setiap putaran pulsa melalui perangkat rongga multi-pass. Gambar 4(a) 1/spektrum konsisten dengan perubahan parameter kebersihan spektral dan lebar setengah tinggi spektral tetap konstan setelah 10 perjalanan bolak-balik, tetapi 1/spektrum meningkat dan spektrum tampaknya memiliki basis yang lebih besar. Plot pada Gambar 4(b) menunjukkan titik keluaran akhir sebagai Gaussian sempurna. Gambar 4 (c) menunjukkan evolusi ukuran titik, yang berubah secara mulus, memastikan kompresibilitas pulsa berikutnya.
Gambar 4 (a) menunjukkan evolusi penyebaran spektral setelah setiap perjalanan pulang pergi; (b) menunjukkan pola spasial pada akhir perambatan; dan (c) menunjukkan perbandingan ukuran sinar melintang pada perambatan tanpa gas (garis biru) dan dengan gas (titik)
Dalam makalah ini, ditunjukkan melalui simulasi numerik bahwa ketika menggunakan rongga multi-pass untuk mengompresi pulsa, spektrum yang luas dan bersih serta pulsa terkompresi berkualitas tinggi dapat diperoleh dengan secara bersama-sama mengoptimalkan energi pulsa dan tekanan gas, yang mana akan memberikan panduan untuk konstruksi selanjutnya dari sistem rongga multi-lintasan yang praktis.
