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 em cristais não óxidos. O sistema de laser de fibra dopado com túlio pode produzir cem pulsos de femtossegundos com comprimento de onda central próximo a 2 μm. O grupo Limpert em Jena, Alemanha, sintetizou coerentemente as saídas de quatro amplificadores de fibra dopada com túlio em 2022 [1] e finalmente obteve pulsos de 85 fs com energia de pulso de 1,65 mJ e frequência de repetição de 100 kHz, que rompe o limitações de uma única fibra óptica na energia de pulso único e na potência média. O dispositivo é mostrado na Fig.
Figura 1 Diagrama esquemático do dispositivo de síntese coerente com quatro fibras dopadas com túlio.
A fim de reduzir ainda mais a largura do pulso, o grupo de Limpert usará o dispositivo acima como front-end em 2023 e usará fibra óptica de núcleo oco para compressão. A estrutura do dispositivo de compressão é mostrada na Fig. 2, incluindo duas câmaras de vácuo para entrada e saída, respectivamente, e uma câmara de alta tensão para alargamento não linear, que é preenchida com gás argônio. Para reduzir a absorção de vapor de água, a pressão do ar em ambas as câmaras de vácuo é mantida<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%.
Figura 2 Diagrama esquemático do dispositivo de compressão de fibra de núcleo oco
Aumentando gradualmente a pressão do gás dentro da cavidade, os resultados de saída correspondentes são mostrados na Figura 3. Quando a pressão do gás é inferior a 3 bar, a potência de saída é de cerca de 139 W e a qualidade do feixe permanece boa (Fig. 3a). Quando a pressão do ar é superior a 3 bar, a potência de saída começa a diminuir e a qualidade do feixe deteriora-se significativamente, e o ponto desviou-se do feixe gaussiano a 4,25 bar, como mostrado na Fig. A Figura 3c analisa as larguras espectrais das saídas sob diferentes pressões de ar. Depois que a pressão do ar excede 3 bar, os espectros não se ampliam significativamente com o aumento da pressão do ar, e os pulsos limite de transformação correspondentes permanecem basicamente inalterados. Os autores consideraram os fatores acima e finalmente escolheram uma pressão de ar de 3 bar para os experimentos subsequentes.
Fig. 3 Resultados de saída de diferentes pressões de ar em uma fibra de núcleo oco
Os espectros e curvas de autocorrelação medidos a uma pressão de ar de 3 bar são mostrados na Fig. 4, com os espectros cobrindo 1,2 μm-2,4 μm. Depois de usar um par de espelhos chilreados para compensar a dispersão, a largura do pulso é reduzida para 10.2 fs, a potência média é de 132 W e a energia de pico principal dos pulsos é responsável por 66 por cento do energia, com potência de pico tão alta quanto 80 GW. A Figura 5 demonstra os resultados do teste de estabilidade, e a intensidade relativa do ruído da saída frontal é de 0,75 por cento. que está concentrado na faixa de frequência de 20 Hz a 50 kHz. Após a compressão de pulso não linear, a principal contribuição do ruído está na faixa de baixa frequência tão baixa quanto 2 kHz, que vem da vibração mecânica do resfriamento a água e da bomba de vácuo, comprovando que não há introdução de ruído adicional durante o processo de compressão, garantindo a estabilidade da fonte de luz.
Fig. 4 Medições espectrais e de autocorrelação a uma pressão de ar de 3 bar
Fig. 5 Teste de estabilidade de curto prazo
Neste artigo, um pulso de femtossegundo de alta energia com comprimento de onda central de 1,9 μm, largura de 10,2 fs, largura de pulso inferior a dois ciclos, energia de pulso de 1,3 mJ e potência de pico de 80 GW são obtidos por usando uma compressão de fibra de núcleo oco. A potência média desta fonte de luz é de 132 W, que é o nível de potência mais alto dos pulsos de menor ciclo trabalhando na região infravermelha de comprimento de onda curto, e esta alta energia e alta potência acionada fonte de luz certamente irá vigorosamente Esta fonte de luz de acionamento de alta energia e alta potência promoverá vigorosamente o desenvolvimento da tecnologia laser na faixa do infravermelho médio.
