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 dalam kristal non-oksida. Sistem laser serat yang didoping thulium dapat menghasilkan ratusan pulsa femtodetik dengan panjang gelombang pusat mendekati 2 μm. Kelompok Limpert di Jena, Jerman, secara koheren mensintesis keluaran empat amplifier serat doping thulium pada tahun 2022 [1], dan akhirnya memperoleh pulsa 85 fs dengan energi pulsa 1,65 mJ dan frekuensi pengulangan 100 kHz, yang menerobos keterbatasan serat optik tunggal pada energi pulsa tunggal dan daya rata-rata. Perangkat ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram skema perangkat sintesis koheren dengan empat serat yang didoping thulium.
Untuk lebih memperpendek lebar pulsa, kelompok Limpert akan menggunakan perangkat di atas sebagai front-end pada tahun 2023, dan menggunakan serat optik inti berongga untuk kompresi. Struktur perangkat kompresi ditunjukkan pada Gambar 2, termasuk dua ruang vakum untuk input dan output, dan ruang tegangan tinggi untuk pelebaran nonlinier, yang diisi dengan gas argon. Untuk mengurangi penyerapan uap air, tekanan udara di kedua ruang vakum dijaga<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%.
Gambar 2 Diagram skema perangkat kompresi serat inti berongga
Meningkatkan tekanan gas di dalam rongga secara bertahap, hasil keluaran yang sesuai ditunjukkan pada Gambar 3. Ketika tekanan gas lebih rendah dari 3 bar, daya keluaran sekitar 139 W dan kualitas pancaran tetap baik (Gbr. 3a). Ketika tekanan udara lebih tinggi dari 3 bar, daya keluaran mulai menurun dan kualitas sinar menurun secara signifikan, dan titik telah menyimpang dari sinar Gaussian pada 4,25 bar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b. Gambar 3c menganalisis lebar spektral keluaran pada tekanan udara yang berbeda. Setelah tekanan udara melebihi 3 bar, spektrum tidak lagi melebar secara signifikan seiring dengan peningkatan tekanan udara, dan pulsa batas transformasi yang sesuai pada dasarnya tetap tidak berubah. Penulis mempertimbangkan faktor-faktor di atas dan akhirnya memilih tekanan udara 3 bar untuk percobaan selanjutnya.
Gambar 3 Hasil keluaran tekanan udara yang berbeda pada serat inti berongga
Kurva spektrum dan autokorelasi yang diukur pada tekanan udara 3 bar ditunjukkan pada Gambar 4, dengan spektrum mencakup 1,2 μm-2,4 μm. Setelah menggunakan sepasang cermin kicau untuk mengkompensasi dispersi, lebar pulsa dikurangi menjadi 10.2 fs, daya rata-rata adalah 132 W, dan energi puncak utama pulsa menyumbang 66 persen dari energi, dengan daya puncak sebesar 80 GW. Gambar 5 menunjukkan hasil uji stabilitas, dan intensitas kebisingan relatif dari keluaran front-end adalah 0,75 persen. yang terkonsentrasi pada rentang frekuensi 20 Hz hingga 50 kHz. Setelah kompresi pulsa nonlinier, kontribusi kebisingan utama berada pada rentang frekuensi rendah serendah 2 kHz, yang berasal dari getaran mekanis pendingin air dan pompa vakum, membuktikan bahwa tidak ada kebisingan tambahan selama proses kompresi, memastikan stabilitas sumber cahaya.
Gambar 4 Pengukuran spektral dan autokorelasi pada tekanan udara 3 bar
Gambar 5 Uji stabilitas jangka pendek
Dalam tulisan ini, pulsa femtodetik berenergi tinggi dengan panjang gelombang pusat 1,9 μm, lebar 10,2 fs, lebar pulsa kurang dari dua siklus, energi pulsa 1,3 mJ, dan daya puncak 80 GW diperoleh dengan menggunakan kompresi serat inti berongga. Daya rata-rata sumber cahaya ini adalah 132 W, yang merupakan tingkat daya tertinggi dari pulsa siklus kecil yang bekerja di wilayah inframerah dengan panjang gelombang pendek, dan energi tinggi ini, digerakkan oleh daya tinggi sumber cahaya pasti akan dengan penuh semangat Sumber cahaya penggerak berenergi tinggi dan berdaya tinggi ini akan dengan penuh semangat mendorong pengembangan teknologi laser pada pita inframerah-tengah.
