Enheden genererer UV-spektrum laserpulser med rekordstor effektivitet

En gruppe forskere fra Fysisk Fakultet ved University of Warsaw har netop offentliggjort en rapport om deres udvikling af en miniaturetripler -enhed til generering af femtosekund -laserpulser i UV -spektret. Enheden har tre gange højere effektivitet end tidligere anvendte opsætninger, og passer på en fingerspids, takket være en unik softwarepakke udviklet i Warszawa under designfasen.

Med nye teknologier, lasere dækker et voksende spektrum, men nogle bølgelængder er stadig ikke let tilgængelige. Dette inkluderer det ultraviolette (UV) bånd omkring 300 nm, især hvis der er behov for korte pulsvarigheder og/eller høje intensiteter. Tit, UV -pulser genereres via ikke -lineære processer såsom anden harmonisk generation eller sumfrekvensgenerering, hvor nye fotoner med højere energi og en ny farve dannes ved at opsummere energien i de grundlæggende pulsfotoner. Effektiviteten af ​​disse processer er lav, imidlertid.

I mange år, analytiske lysudbredelsesmodeller eller simple numeriske simuleringer blev brugt til at designe frekvensomformere. De tillod forskere at justere enhedsparametre, typisk en ad gangen. Denne fremgangsmåde resulterede i stagnation af konverteringseffektiviteter fra ikke-forstærkede infrarøde femtosekundlasere til UV-tredje harmoniske med omkring 10 procent.

"Det var som at komme til laboratoriet, justere en knap her, en knap der, mens man ser på UV -udgangseffekten og forsøger at maksimere den. Og 10 procent er så godt som man kan få med denne tilgang, "siger Michal Nejbauer, fra forskergruppen baseret på Fysisk Fakultet ved University of Warszawa, Polen.

Men stigende beregningseffekt kombineret med smarte programmeringstriks gav mulighed for global optimering af frekvensomdannelsesprocessen fra infrarød til UV for første gang.

"Vores nyudviklede, open source simuleringspakke, kaldet Husar, tillader selv en uerfaren bruger at bygge et kompleks, tredimensionel, nøjagtige simuleringer af flere pulsudbredelser og interaktioner ved hjælp af simple blokke:inputpulsparametre, mediernes materielle egenskaber og de involverede processer "forklarer Tomasz Kardas, der udviklede softwaren. "Når vi har defineret inputpulsparametrene, såsom energi, varighed og rumlig stråleprofil, vi begynder i det væsentlige at søge efter det bedste design over et stort rum af parametre:de ikke -lineære krystaltykkelser, strålestørrelsen, bjælkens talje, osv. Og, til vores overraskelse, når vi fandt disse optimale værdier, bygget enheden og målte dens ydeevne, output UV -impulser var nøjagtigt som simulerede. Denne form for kvantitativ overensstemmelse mellem, hvad man får på skærmen og derefter måler i laboratoriet, er ret usædvanlig inden for ikke -lineær optik. "

Men at øge effektiviteten til tredobling af processen med en faktor tre, til over 30 procent, var bare det første skridt. Forskerne sigtede også mod miniaturisering. I stedet for at bruge flere komponenter monteret på laboratoriebordet, deres tredje harmoniske generator (tripler) er blot en lille blok af krystaller stablet sammen.

"Faktisk, en tommer metalholder, der holder alle elementerne sammen, er den største del af hele opsætningen, "forklarer Pawel Wnuk, der indtog en ledende rolle i eksperimenter med enhedskarakterisering. Som resultat, tripler -prototypen har det samlede volumen omkring 1000 gange mindre end de traditionelle designs.