Få-cyklusimpulser bryder 300 W-barrieren

Et hold ledet af forskere fra Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI), Laser-Laboratorium Göttingen (LLG) og Active Fibre Systems (AFS) har genereret multi-millijoule 3-cyklusimpulser ved 318 W gennemsnitseffektniveau. Disse resultater markerer en væsentlig milepæl inden for få-cyklus laserteknologi, der baner vejen mod industrielle applikationer. Rapporten dukkede op i Optica som et memorandum.

Ekstreme korte lysimpulser, der kun indeholder nogle få svingninger af det elektromagnetiske felt, er blandt de hurtigste begivenheder, der nogensinde er foretaget af menneskeheden. Selvom de første par-cyklusimpulser blev produceret for omkring 30 år siden, de kunne kun bruges i banebrydende videnskab f.eks. til tidsopløste undersøgelser eller attosekundspulsgenerering. For at finde vej til industrielle applikationer, en række store udfordringer skal løses, såsom nøglefærdig betjening, og energi- og effektopskalering af de få-cykluskilder.

MBI, LLG- og AFS-forskere fulgte en ny tilgang ved direkte at komprimere 300 fs lange impulser fra en højenergi-, højeffekt lasersystem til få-cyklus varighed. Dette kræver en 30 gange kompression, hvilket først for nylig er blevet muligt ved introduktionen af ​​den strakte fleksible hulfiberteknologi, som tilbyder ubegrænset længdeskalerbarhed. I undersøgelsen blev en sammenhængende kombineret flerkanals fiberlaser, der leverer op til 10 mJ pulser ved op til 1 kilowatt gennemsnitseffekt, brugt som lyskilde. Dette system er i øjeblikket under udvikling hos AFS til den store europæiske laserfacilitet ELI ALPS i Szeged, Ungarn. I pulskompressionen, der blev brugt en 6 meter lang strakt fleksibel hulfiber, som er udviklet sammen af ​​MBI og LLG. Når impulserne forplanter sig gennem argongas fyldt ind i den hule bølgeleder, en ikke-lineær interaktion kaldet selvfasemodulation finder sted mellem det intense lys og gasatomerne, hvilket gør spektret udvidet. Impulserne med et væsentligt udvidet spektrum kan derefter komprimeres til en kortere varighed ved at kompensere deres spektrale fase med et sæt kvidrede spejle. På denne måde lykkedes det for teamet at generere multi-mJ, 10 fs-impulser ved 100 kHz gentagelseshastighed ved en gennemsnitlig effekt på 318 W, hvilket er den højeste gennemsnitlige effekt af en få-cyklus laser nogensinde opnået.

Denne præstation viser, at ved hjælp af strakt, fleksibel hulkernefiberteknologi kan højeffekt lasere i industrikvalitet bringes ind i få-cyklus-regimet. Dette åbner op for nye muligheder for industrielle anvendelser, såsom stærkt paralleliseret materialebehandling.