Højeste spidseffekt og fremragende stabilitet demonstreret i en laser

Power-skalerbare ultrahurtige laserkilder i midtbølge-infrarød (MWIR) er et nøgleelement for grundforskning og anvendelser inden for materialebehandling og medicin. Optiske forstærkere baseret på chirped pulsforstærkning (CPA) bruges til at generere højintensitetsimpulser, en teknik, der blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2018. I CPA -ordningen, en svag tidsmæssigt strakt frøpuls forstærkes til høj energi i en laserforstærker og komprimeres til sidst, hvilket resulterer i en ultrakort puls med meget høj intensitet. Ved at anvende dette koncept blev der udviklet et nyt system på MBI, der leverer få-ps pulser ved 2 μm bølgelængde med spidseffekt ud over 10 GW (10 milliarder watt) ved en 1 kHz gentagelseshastighed. De udsendte impulser er kendetegnet ved fremragende stabilitet og strålende strålekvalitet. Resultaterne er rapporteret i det seneste nummer af Optik bogstaver .

Hovedforstærkerne i 2-μm CPA-systemet er baseret på Ho:YLF-krystaller og består af en yderst stabil regenerativ forstærker og to boosterforstærkere. Alle drives ved stuetemperatur og pumpes af kontinuerlige Tm:fiberlasere med en samlet effekt på 270 W. Med udgangspunkt i en 2-μm superkontinuumkilde strækkes frøimpulserne og forforstærkes og føres efterfølgende ind i Ho:YLF forstærker kæde. Den genkomprimerede pulsenergi fra Ho:YLF CPA er 52,5 mJ og afslører en fremragende puls-til-puls-stabilitet på <0,23 % rms. Den langsigtede pulsstabilitet sammen med strålekvaliteten, målt til at være bedre end en M2 på 1,2, er vist i fig. 1. Det udsendte spektrum centreret ved 2050 nm med en båndbredde på 3,5 nm (FWHM) understøtter en ~1,7 ps Fourier-transform begrænset pulsvarighed. Efter forstærkning komprimeres impulserne igen i et gitterarrangement af Treacy-typen med en effektivitet> 93 %. Det registrerede autokorrelationsspor udviser en FWHM på 4,1 ps. Dette svarer til en varighed af hovedpulsen på 2,4 ps (FWHM) med et estimeret energiindhold på 85 %, oversætter til 17 GW spidseffekt. Sidstnævnte og pulsenergien på> 50 mJ repræsenterer de højeste værdier, der nogensinde er opnået for få-ps pulser ved 2 μm bølgelængde endnu.

Denne kilde anvendes i øjeblikket som pumpe i et system til generering af få-cyklusspulser omkring 5 μm med multi-millijoule-energier. Anvendelser i ikke-lineær optik, spektroskopi og materialebehandling er i gang.