20 mJ, 1 ps Yb:YAG Thin-disk Regenerative Amplifier

该协议的总体目标是演示高能量、高功率、Yb：Yag 薄盘再生放大器的设计和作，作为熔断循环光学参量啁啾脉冲放大器的前端。镱 YAG 薄盘激光器与光学参量啁啾脉冲放大器或所谓的第三代飞秒技术相结合，让我们有机会同时以高能量和平均功率产生子周期到少数周期的脉冲。本影片中讨论的激光系统的主要优点是，对于短至皮秒的激光脉冲，平均功率和大功率同时具有这种能力。

虽然这种激光器可以用作少数循环激光器的泵浦，但它也可以用作其他系统的前端，例如紫外到中红外宽调谐激光器。这些工作台包含实验设置的不同阶段。使用原理图最好理解这些阶段。

请注意振荡器、拉伸器、再生放大器和压缩器级的标签。首先关注振荡器阶段。它的 13 米线性腔体有一个铜硬孔，作为蓝宝石固化介质，和一个 13% 透射输出耦合器。

反射镜系统包括三个高色散反射镜和两个曲率半径为负的反射镜。通过与掺镱钇铝石榴石薄盘放大器耦合的光纤耦合二极管泵浦振荡器。在输出耦合器之后，氧化钡硼晶体用作脉冲展宽器级的脉冲选择器。

脉冲拉伸器在时间上将种子脉冲拉伸到大约 2 纳秒。脉冲接下来进入再生放大器阶段。在那里，种子脉冲保持在放大器腔中。

腔体有一个高压普克尔斯池，带有氧化钡硼晶体。再生放大器使用另一种掺镱的钇铝石榴石薄盘，该薄盘由光纤耦合二极管泵浦。最后阶段是脉冲压缩器阶段，其中放大的脉冲被压缩到一皮秒。

请注意，在整个系统中，泵浦二极管、薄盘磁头和试验板都需要冷却器来保持冷却。首先启动系统的水冷却。打开振荡器组件的水流和冷却冷却器。

从冷水机组控制中，移至泵二极管电源，然后将其打开。接下来打开泵浦二极管输出。调整电流，以在连续波模式下以 940 纳米的速度泵浦薄盘。

此时，安排在脉冲选择器之前观察输出频谱。将光纤连接到光谱仪，并将其放置在光束路径中。光谱的中心在 1030 纳米处。

观察光谱后，在同一位置用功率计更换光纤。观察连续波模式的输出功率。接下来，继续进行脉冲模式作和模式锁定。

在平移阶段的振荡器镜像上工作。通过从后面机械地推动舞台来扰乱镜子。再次，在脉冲模式启动后，观察脉冲选择器之前的输出频谱。

光谱中心在 1030 纳米处，带宽约为 4 纳米。接下来，再次观察输出功率。现在安排使用示波器观察输出脉冲地形。

将快速光电二极管连接到示波器，并进行适当的衰减。和以前一样，在脉冲选择器之前执行测量。将光电二极管放置在光路中。

在示波器上，调整触发电平旋钮以稳定重复的波形，并允许观察输出脉冲序列。使用此观测的峰峰值幅度来查找脉冲到脉冲的稳定性。在此之后，用光束轮廓仪替换光束路径中的光电二极管。

使用 beam profiler 软件显示光束轮廓并执行光束指向稳定性测量。首先配置脉冲选择器的软件，继续使用脉冲选择器。从那里，转到电子产品。

打开脉冲选择器晶体的高压以产生重复频率。在脉冲选择器之后，使用薄膜偏振器选择脉冲。这些种子脉冲通过格栅拉伸器，然后进行再生扩增。

通过启动再生放大器的冷却系统来准备再生放大器。打开冷却水，并为激光头和普克尔斯单元设置冷却器。在 Pockels cell 计算机上，启动 Pockels cell 软件。

转到 Pockels cell 驱动器的电源，然后将其打开。然后接通泵浦二极管单元的电源，开始二极管输出。调整来自电源的电流以放大种子脉冲。

接下来，选择压缩器级之前的位置以观察输出。使用频谱分析仪和光纤观察再生放大器的频谱。完成后，读取功率计的输出功率。

请注意压缩机级之前此时的功率读数。将频谱分析仪更换为连接到示波器的快速光电二极管。观察示波器屏幕上的脉冲序列，然后确定脉冲到脉冲的稳定性。

用光束轮廓仪替换快速光电二极管后，观察输出光束轮廓，并测量光束指向波动。放大后，将输出脉冲发送通过压缩机级。在这里，这是通过带有电动旋转支架的半波片完成的。

调整支架的控件以允许几瓦特的激光功率通过。接下来，在路径中，放置一个光束稳定器并对齐。打开稳定器后，使用其软件锁定激光束并避免光束漂移。

现在，返回半波板，并允许完整的放大器输出。脉冲传播到压缩机级，压缩机级将它们压缩到 1 皮秒。最终的光学元件在此原理图中表示。

在压缩器阶段之后，准备用于参数啁啾脉冲放大的光束。在工作台上，使用望远镜进行柱状排列并调整光束大小。从光束轮廓仪获取光束的馈回。

引导基波光束穿过非线性晶体以产生二次谐波。具有 45 度的谐波分离器，用于将二次谐波光束与基波光束分开。使用光束轮廓仪观察二次谐波光束的高斯光束轮廓，以及未转换的基本光束的轮廓。

这是再生放大器的输出光束轮廓。种子脉冲被放大到 125 瓦，同时以 280 瓦的连续波泵浦。再生放大器的功率输出随时间变化的曲线图显示了系统在以 45% 的光效率运行时的稳定性在这里，放大器光谱以绿色绘制，并沿图顶部引用水平轴。

在半最大值处压缩到 1 皮秒全宽后检索到的时间强度使用下横轴用蓝色绘制。这两条曲线给出了 1.5 毫米厚的氧化钡硼晶体中实验二阶谐波产生效率与输入泵峰值强度的关系。黑色曲线表示 0.5 毫焦耳的放大器输出。

绿色曲线表示 20 毫焦耳的放大器输出。标记为 A、B 和 C 的点标记了不同峰强度下不同的二次谐波生成效率。以下是每个标记值的检索到的光谱强度图。

A 绘制为红色，B 绘制为橙色，C 绘制为蓝色。当这种激光器与宽带光学参量放大器或高谐波发生系统结合使用时，使我们能够以更高的能量和平均功率产生阿秒脉冲或飞秒脉冲。这些参数为研究人员开辟了一个新时代，例如，在快速的时间尺度上探索光驱动电子学。

看完这个视频，您应该对高功率、高能量的镱：YAG 薄盘激光器是如何设计和作有一个很好的了解。不要忘记，使用高能、高功率激光器可能非常危险且对灰尘敏感。因此，在作此激光器时，应始终使用护目镜和洁净室外套等预防措施。