Højeffekt, meget gentagne ytterbium-doterede ultrahurtige lasere er af stor værdi til applikationer i forskning og industri. Imidlertid har den smalle spektrale båndbredde (10 nm) af dette lasersystem ført til fremkomsten af adskillige post-kompressionsteknikker baseret på selvfasemodulation for at udvide spektret. Kompressionseffektiviteten af multipass-kavitetsteknikker kan overstige > 90 procent, hvilket producerer ultrakorte impulser med høj energi og høj gennemsnitlig effekt med ensartet rumlig fordeling.
I dette papir simulerer vi numerisk komprimeringsprocessen i et multipass hulrum og viser, hvordan man optimerer systemparametrene, så det udvidede spektrum har en jævn fase, og der opnås rene komprimerede pulser.
Forfatterne brugte en distribueret Fourier numerisk metode til at simulere udbredelsen af pulsen inde i multipas hulrummet. Effekter som diffraktion, dispersion, selvfasemodulation og selvstejling tages i betragtning i simuleringen, og gassen inde i multipass-hulrummet er en inert gas, så Raman-effekter kan negligeres. Pulsintensiteten i hulrummet styres under ioniseringstærsklen, så ioniseringseffekten kan også ignoreres. Det faktiske multi-pass kavitetssystem skal opfylde fire betingelser: (1) den optiske længde inde i kaviteten er større end den ikke-lineære længde og mindre end dispersionslængden, dvs. < 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.
Fig. 1 Multi-pass kavitet parameterområde.
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 procent og en sekundær pulsintensitet på<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.
Fig. 2 Pulsrenhed i energi-trykdiagrammet.
Af fig. 2 kan det ses, at der kan opnås bedre kompressionsresultater, når pulsenergien er 100 μJ og trykket er 10 bar, og de relaterede simuleringsresultater er vist i fig. 3. Den rumlige ensartethed af spektrene analyseres i fig. 3(a) og fig. 3(b), og det kan ses, at x-aksen og y-aksens spektre er nøjagtig ens, og den rumlige ensartethed er god. Figur 3(c) og 3(d) viser pulsbredderne og spektrene, hvoraf det kan ses, at spektrene har en stor bundslæb og en jævn parabolsk fase, hvilket svarer til en transformationsgrænseimpuls på 14,2 fs.
Fig. 3 Rumlige spektralfordelinger på x-aksen (a) og y-aksen (b), samt pulsbredde (c) og spektral (d) fordelinger, for en pulsudvidelse og komprimering resulterer med en energi på 100 μJ i en MPC fyldt med 10 bar argon.
Fig. 4 viser detaljeret spektral- og pletvariationerne for hver rundrejse af pulsen gennem multi-pas hulrumsanordningen. Figur 4(a) 1/spektrum er i overensstemmelse med ændringen i spektral renhedsparameter, og den spektrale halvhøjdebredde forbliver konstant efter 10 rundrejser, men 1/spektret øges, og spektret ser ud til at have en større base. Plottet i fig. 4(b) viser det endelige outputplet som en perfekt Gauss. Fig. 4 (c) viser udviklingen af pletstørrelsen, som ændrer sig jævnt hele vejen igennem, hvilket sikrer komprimerbarheden af de efterfølgende impulser.
Fig. 4 (a) viser udviklingen af den spektrale spredning efter hver rundrejse; (b) viser det rumlige mønster ved slutningen af udbredelsen; og (c) viser sammenligningen af de tværgående strålestørrelser under udbredelse uden gas (blå linje) og med gas (prikker)
I dette papir demonstreres det gennem numerisk simulering, at når man bruger et multi-pass kavitet til at komprimere pulsen, kan et bredt og rent spektrum og en komprimeret puls af høj kvalitet opnås ved i fællesskab at optimere pulsenergien og gastrykket, hvilket vil give en vejledning til den efterfølgende konstruktion af et praktisk multi-pas hulrumssystem.
