Name: 20 mJ, 1 ps Yb: YAG amplificador regenerativo de disco delgado (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: Aprende a diseñar y operar un amplificador regenerativo de disco delgado Yb:YAG de alta energía. Este sistema genera pulsos láser pico-segundo para aplicaciones en ingeniería óptica y tecnología láser avanzada.

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Nos gustaría agradecer al Prof. Ferenc Krausz por las discusiones y Najd Altwaijry por su apoyo para la finalización del manuscrito. Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Aplicaciones Avanzadas de Láser (CALA).

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Los autores no tienen nada que revelar.

El funcionamiento de llave en mano del oscilador se logra mediante la gestión óptima del calor de los diferentes componentes del láser. La salida del oscilador es reproducible diariamente, sin necesidad de alineación o optimización adicional. Además, la estabilidad de energía de impulso a impulso y estabilidad de orientación espacial del láser de semillas cumple las condiciones previas para lograr el funcionamiento estable del amplificador regenerativo. Otras fuentes de semillas de baja energía, tales como amplificadores de fibra, se pueden utilizar para sembrar el amplificador. En este estudio, se utilizó un oscilador KLM de disco fino Yb: YAG de 2 μJ para ayudar a la amplificación del amplificador regenerativo reduciendo el crecimiento de las fases no lineales acumuladas, ya que el número requerido de desplazamientos de ida y vuelta se reduce para la energía de semilla de mayor entrada . Además, la energía de semilla más alta influye en el proceso de amplificación y reduce el estrechamiento de la ganancia. El ancho de banda espectral medido del impulso amplificadoEs para energıas de semilla diferentes a una potencia de bomba fija se muestra en la Figura 5c . El ancho de banda espectral amplificado disminuye para las energías de semillas más bajas debido al estrechamiento de la ganancia. Para 10 pJ de energía de semilla, el láser opera en el período de duplicación, y no es posible alcanzar un funcionamiento estable, incluso aumentando el número de viajes de ida y vuelta. Además de la cuidadosa optimización de los sistemas de refrigeración y de la alimentación de los diodos, el funcionamiento del amplificador regenerativo a la saturación juega un papel importante en la estabilidad obtenida del amplificador. El fundamental o segundo armónico del láser se puede utilizar para bombear un sistema OPCPA. Para el SHG, se compararon las prestaciones de un LBO y un BBO, ya que ofrecen un alto coeficiente no lineal y un umbral de daño, a pesar del mayor desplazamiento espacial y la limitada apertura disponible en el caso del BBO. Como el coeficiente no lineal de BBO es casi el doble que el LBO, un cristal más corto es sufPara alcanzar el límite de saturación para SHG ( Figura 6a ). Por lo tanto, BBO es la opción más adecuada, ya que la fase no lineal acumulada es menor 28 . Las duraciones de impulso de los impulsos SH se caracterizan experimentalmente con eficacias de conversión diferentes. Se observó que a altas eficiencias de conversión, el espectro SHG se amplía y aparece una fase espectral de orden superior ( Figura 6 ). Por lo tanto, se elige el caso B, con la eficiencia de conversión del 70%, donde el SH y los haces fundamentales no convertidos mantienen una excelente calidad.

La generación de pulsos láser de alta energía y pocos ciclos a una alta tasa de repetición es de gran interés para los campos aplicados, como la ciencia de attosecondos 1 , 2 , 3 , 4 y la física de campo alto 5 , 6 , que pueden beneficiarse directamente De la disponibilidad de tales fuentes. OPCPA representa la ruta más prometedora para lograr altas energías de pulso y largos anchos de banda de amplificación que soportan simultáneamente impulsos de pocos ciclos 1 . Hasta la fecha, la OPCPA permite la amplificación de banda ancha, que genera impulsos de ciclo reducido 7 , 8 , 9 , 10 . Sin embargo, una implementación modificada del esquema OPCPA, que utiliza pulsos de bombas cortas en la escala de picosegundos,Haciendo que este enfoque sea escalable para energías de pulso aún más altas y potencias medias en el régimen de pocos ciclos 1 , 11 , 12 . Debido a la alta intensidad de la bomba en OPCPA de pulso de pulso corto, la alta ganancia de un solo paso permite el uso de cristales muy delgados para soportar grandes anchos de banda de amplificación. Aunque el OPCPA bombeado de pulso corto tiene muchas ventajas, la realizabilidad de este enfoque está sujeta a la disponibilidad de láseres especialmente diseñados para este propósito. Estos láseres de bombeo están obligados a suministrar impulsos de picosecondro de alta energía con una calidad de haz limitada de difracción cercana a frecuencias de repetición en el intervalo de kHz a MHz 13 , 14 , 15 . La introducción de láseres dopados con ytterbio en diferentes geometrías, capaces de suministrar impulsos láser de picosecondos con alta energía y alta potencia media, Están a punto de cambiar el estado actual del campo 1 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . Yb: YAG tiene una buena conductividad térmica y una larga vida útil en estado superior, y puede ser bombeada por láseres de diodo económicos. Su rendimiento cuando se utiliza en geometría de disco fino es excepcional debido a la refrigeración eficiente del medio de ganancia para escalar simultáneamente el pico y la potencia media. Además, la suposición de autofocalización dentro del medio de ganancia durante el proceso de amplificación se suprime debido a la esbeltez del disco delgado en comparación con otras geometrías del medio de ganancia, dando como resultado perfiles temporales y espaciales excelentes de los impulsos amplificados. La combinación de este concepto con el CPA es prometedor para generar pulsos de picoseconde con cientos de milijolios de energía y cientosDe vatios de potencia media 19 , 20 . El objetivo de este trabajo es demostrar un amplificador regenerativo de disco fino Yb: YAG llave en mano con un rendimiento diario excepcional como fuente adecuada para el bombeo de OPCPA 21 . Para lograr este objetivo, este estudio emplea un oscilador de disco delgado Yb: YAG 22 con varios microjoules de energía de pulso para sembrar el amplificador para minimizar la fase no lineal acumulada durante el proceso de amplificación. Este protocolo proporciona la receta para construir y operar el sistema láser, que se describe en otra parte 21 . Se presentan detalles sobre el software de implementación y control de componentes y se describe el proceso de alineación del sistema.

<table><tbody><tr><td><Módulo láser de diodo acoplado > fibra < fuerte/>fuerte</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Dilas Diodenlaser GmbH</td><td>M1F8H12-940.5-500C-IS11.34</td><td></td></tr><tr><td>Módulo láser de diodo acoplado a fibra</td><td>Laserline GmbH</td><td>LDM1000-500</td><td></td></tr><tr><td>Fuente de alimentación para láser de diodo</td><td>Delta Elektronika B.V.</td><td>SM 15-100</td><td></td></tr><tr><td>Fuente de alimentación para láser de diodo</td><td>Delta Elektronika B.V.</td><td>SM 35-45</td><td></td></tr><tr><td>Controlador de recogedor de pulsos</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A, personalizado</td><td></td></tr><tr><td>Pockels Cell's Driver</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A,</td> fuente de alimentación del controlador del selector de pulsos personalizada <td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Fuente de alimentación del controlador de la celda Pockels</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Generador de retardo PCI</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td></td><td></td>BME_SG08p</tr><tr><td>Caja divisora</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A,</td> preamplificador resonante personalizado <td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td></td><td></td>BME_P03</tr><tr><td>Cristal del selector de pulso</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>12 * 12 * 20 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Cristal de Pockels Cell</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>12 * 12 * 20 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Nombre</td><td>Company</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentarios</td></tr><tr><td>Optics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Thin-disk</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>N/A,</td> cabezal de disco fino personalizado <td></td></tr><tr><td></td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>N/A, productos</td><td></td></tr><tr>de<td>fibra</td><td>franca personalizados GmbH</td><td>N/A,</td> objetivo de fibra personalizado <td></td></tr><tr><td></td><td>Edmund Optics GmbH</td> N<td>/A, personalizado</td><td></td></tr><tr><td>Faraday Isolator</td><td>Electro-Optics Technology, Inc</td><td>EOT.189.12231</td><td></td></tr><tr><td>Faraday Rotator</td><td>Electro-Optics Technology, Inc</td><td>EOT.189.22040</td><td></td></tr><tr><td>Rejilla de camilla 1</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personalizado</td><td>60 * 40 * 10 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Rejilla de camilla 2</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personalizada</td><td>350*190*50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Rejilla del compresor 1 Laboratorio de rejilla de</td><td>Plymouth, Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>40 * 40 * 16 mm y sup3;</td></tr><tr><td>Rejilla del compresor 2 Laboratorio de</td><td>rejilla de Plymouth, Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>300 * 100 * 50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Espejo HR, 1" (1030nm), plano, 0&deg;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108060</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 1" (1030nm), plano, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 1" (1030nm), plano, 45&grados;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108063</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 1" (1030nm), plano, 45&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>Espejo HR, 1" (1030nm), curvo</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A,</td><td>juego</td>personalizado</tr> HR <tr><td>Espejo, 2" (1030nm), plano, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 2" (1030nm), plano, 45&grados;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>Polarizador de película delgada (1030nm), 2"</td><td>Layertec GmbH</td><td>103930</td><td></td></tr><tr><td>Placa de onda L/2 (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>106058</td><td>&oslash;=Placa de onda de 25mm</td></tr><tr><td>L/4 (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>106060</td><td>&Oslash;=25mm</td></tr><tr><td>Ventana AR (1030nm), cuña</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-00183-01, S-00988</td><td>&oslash;=Acoplador de salida de 38 mm</td></tr><tr><td>, 1" (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A, personalizado</td><td>PR = 88 %</td></tr><tr><td>Espejo de alta dispersión (1030nm)</td><td>UltraFast Innovations GmbH</td><td>N/A, personalizado</td><td>GDD = -3000 fs&sup2;</td></tr><tr><td>Lente, 1" (1030nm), Plano-Convexo</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 1" (1030nm), Plano-Cóncavo</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 2" (1030nm), Plano-Convexo</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 2" (1030nm), Plano-Cóncavo</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A,</td><td>juego</td> personalizado</tr><tr><td>Espejo HR, 1" (515 nm), plano, 0 grados;</td><td>Layertec GmbH</td><td>129784</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 1" (515nm), plano, 0&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 1" (515nm), plano, 45&deg;</td><td>Layertec GmbH</td><td>110924</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 1" (515nm), plano, 45&grados;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515</td><td></td></tr><tr><td>HR Mirror, 1" (515nm), curvo</td><td>Layertec GmbH</td> N<td>/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>HR Espejo, 1" (515nm), curvo</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizado</tr><tr><td>HR Mirror, 2" (515nm), plano, 0&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>HR Espejo, 2" (515nm), plano, 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515</td><td></td></tr><tr><td>Polarizador de película delgada (515 nm), 2 "</td><td>Layertec GmbH</td><td>112544</td><td></td></tr><tr><td>Placa de onda L/2 (515 nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>112546</td><td>&oslash;= Lente de 25 mm</td></tr><tr><td>, 1" (515 nm), plano-convexo</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>juego</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 1" (515 nm), plano-cóncavo</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A,</td><td>juego personalizado</td></tr><tr><td>Kerr Medium Meller</td><td>Optics, Inc.</td><td>N/A,</td><td>zafiro personalizado, 1mm</td></tr><tr><td>BBO Crystal</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>7 * 7 * 1.5 mm y sup3;</td></tr><tr><td>Separador de armónicos, 1", 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-5135</td><td></td></tr><tr><td>Separador de armónicos, 2", 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-5135</td><td></td></tr><tr><td>Espejo Plateado, 1", plano</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>Espejo Plateado, 1", curvo</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>juego</td>personalizado</tr><tr><td>Filtro - Absorción Densidad Neutra</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NE##A</td><td>set</td></tr><tr><td>Filtro - Reflectante Densidad Neutra</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>ND##A</td><td></td></tr><tr><td>set Filtro - Filtro redondo de variación continua</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NDC-50C-4M</td><td></td></tr><tr><td>- Filtro de paso de borde (paso largo)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FEL####</td><td>set</td></tr><tr><td>Filtro - Filtro de paso de borde (paso corto)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FES####</td><td>set</td></tr><tr><td>Cuña</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, personalizado</td><td>set</td></tr><tr><td>Name</td><td>Company </td><td>Número de catálogo</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Optomechanics & MotionMontaje de</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>espejo 1" (pequeño)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S1M4-##-1"</td><td></td></tr><tr><td>Soporte de espejo 1" (grande)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S3-##</td><td></td></tr><tr><td>Soporte de espejo 1"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>1" ajustable&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Soporte de espejo 2"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S4-##</td><td></td></tr><tr><td>Soporte de espejo 2"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>2" ajustable&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Montaje de rotación 1"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>D25</td><td></td></tr><tr><td>Montaje giratorio 1"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>Montaje giratorio 2"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP2/M</td><td></td></tr><tr><td>Etapa de rotación de precisión</td><td>Newport Corporation</td><td>M-UTR120</td><td></td></tr><tr><td>Montaje de rejilla de difracción de cuatro ejes</td><td>Newport Corporation</td><td>DGM-1</td><td></td></tr><tr><td>Etapa de traducción</td><td>OptoSigma Corporation TADC-651SR25-M6</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Etapa de celda Pockels</td><td>Newport Corporation</td><td>9082-M</td><td></td></tr><tr><td>Soporte de celda Pockels</td> Kit <td>de</td> controlador/controlador Picomotor N<td>/A hecho en</td><td></td>casa</tr><tr><td></td><td>Newport Corporation</td><td>8742-12-KIT</td><td></td></tr><tr><td>Actuadores lineales piezoeléctricos Picomotor</td><td>Newport Corporation</td><td>8301NF</td><td></td></tr><tr><td>Montaje de rotación de picomotor</td><td>Newport Corporation</td><td>8401-M</td><td></td></tr><tr><td>Almohadilla de control manual</td><td>Newport Corporation</td><td>8758</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentarios</td></tr><tr><td>Light Analysis</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Beam Profiling Camera</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>SP620</td><td></td></tr><tr><td>Cámara de perfilado de haz</td><td>DataRay Inc.</td><td>WCD-UCD23</td><td></td></tr><tr><td>Fotodiodos (solw)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>DET10A/M</td><td></td></tr><tr><td>Fotodiodos (rápidos)</td><td>Alphalas GmbH</td><td>UPD-200-SP</td><td></td></tr><tr><td>Cámara de disco delgado</td><td>Imaging Development Systems GmbH</td><td>UI-2220SE-M-GL</td><td></td></tr><tr><td>Osciloscopio</td><td>Tektronix GmbH</td><td>DPO5204</td><td></td></tr><tr><td>Osciloscopio</td><td>Teledyne LeCroy GmbH</td><td>SDA 760Zi-A</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-ULS3648-USB2</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C1769</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C3762</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D464</td><td></td></tr><tr><td>Espectrómetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D466</td><td></td></tr><tr><td>Láser Sensor de potencia térmica</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>L50(150)A-PF-35</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de potencia térmica láser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>FL500A</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de potencia térmica láser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>3A-P-V1</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de potencia y energía</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>Vega</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentarios</td></tr><tr><td>SistemasSistema de</td> estabilización de <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>rayo láser</td><td>TEM-Messtechnik GmbH</td><td>Aligna</td><td></td></tr><tr><td>Laser M&sup2; Sistema de medición</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>M&sup2;-200s</td><td></td></tr><tr><td>FROG</td><td>Hecho en casa</td><td>N/A, personalizado</td><td></td></tr><tr><td>XFROG</td><td>Hecho en casa</td><td>N/A, personalizado</td><td></td></tr><tr><td><fuerte>Nombre</fuerte</td><td>><fuerte>Empresa</fuerte></td><td><fuerte>Número de catálogo</td><td>Comentarios</td></tr><tr><td>Miscelánea</fuerte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Enfriador de enfriamiento</td><td>H.I.B Systemtechnik GmbH</td><td>6HE-000800-W-W-R23-2-DI</td><td></td></tr><tr><td>Enfriador de enfriamiento</td><td>Termotek GmbH</td><td>P201</td><td></td></tr><tr><td>Enfriador de enfriamiento</td><td>Termotek GmbH</td><td>P208</td><td></td></tr><tr><td>Gafas de seguridad láser</td><td>Protect - Laserschutz GmbH</td><td>BGU 10-0165-G-20</td><td></td></tr><tr><td>Visor de infrarrojos</td><td>FJW Optical Systems</td><td>84499A</td><td></td></tr><tr><td>Tarjeta de visualización láser</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC4</td><td></td></tr><tr><td>Tarjeta de visualización láser</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC5</td><td></td></tr><tr><td>Tarjeta de visualización láser</td><td>Laser Components GmbH</td><td>LDT-1064 BG</td><td></td></tr><tr><td>Caudalímetro</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>DTK-1250G2C34P</td><td></td></tr><tr><td>Manómetro</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>ES 837-1</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de temperatura</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>TDA-15H* ***P3M</td><td></td></tr><tr><td>WinLase Software</td><td>Dr. C. Horvath & Dr. F. Loesel</td><td>WinLase Versión 2.1 pro.</td><td>Software de cavidad láser</td></tr></tbody></table>

20 mj, 1 ps yb: yag amplificador regenerativo de disco delgado

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

Se trata de un informe sobre un amplificador regenerativo de disco fino Yb: YAG de 100 W, 20 mJ, 1 ps Yb: YAG. Un Yb: YAG hecho en casa Yb: YR, Kerr-lente oscilador de modo de bloqueo de modo con el rendimiento de llave en mano y la energía de pulso de nivel de microjoule se utiliza para sembrar el amplificador regenerativo de pulso chirpado. El amplificador se coloca en una carcasa hermética. Funciona a temperatura ambiente y exhibe un funcionamiento estable a una frecuencia de repetición de 5 kHz, con una estabilidad de impulso a impulso inferior al 1%. Mediante el empleo de un cristal de borato beta de bario de 1,5 mm de espesor, la frecuencia de la salida del láser se duplica a 515 nm, con una potencia media de 70 W, lo que corresponde a un rendimiento óptico-óptico del 70%. Este rendimiento superior hace que el sistema sea una atractiva fuente de bombas para amplificadores de pulso de chirrido paramétrico óptico en el rango espectral del infrarrojo cercano y del infrarrojo medio. Combinando el rendimiento de llave en mano y la estabilidad superior del amplificador regenerativo, el sistema facilita la generación de una banda ancha, estable al CEPsemilla. Proporcionar la semilla y la bomba de la amplificación de impulso chirpado paramétrico óptico (OPCPA) de una fuente de láser elimina la demanda de sincronización temporal activa entre estos impulsos. Este trabajo presenta una guía detallada para configurar y operar un amplificador regenerativo de disco delgado Yb: YAG, basado en la amplificación de pulso chirpado (CPA), como una fuente de bomba para un amplificador óptico paramétrico de pulso chirpado.

<html> El oscilador de entrega 350 fs, 2 μJ, los pulsos 25-W en tasa de repetición de 11 MHz, con una estabilidad-impulso a impulso de 1% (rms) y las fluctuaciones de apuntamiento de haz de menos de 0,6% más de 1 h de medición (figura 4 ). <img alt="Figura 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig4.jpg" /> Figura 4 : Yb: YAG de disco delgado, Kerr-lente de modo bloqueado oscilador. (A) El espectro (rojo), el perfil recuperado temporal intensidad (azul), y el perfil espacial (inserción) de los impulsos del oscilador. B ) Espectrógrafo SHG-FROG medido y recuperado del oscilador. Esta cifra ha sido modificada de Fattahi et al. , Con permiso de la referencia 21 .&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Los impulsos de semilla se amplifican en el amplificador regenerativo a 125 W mientras se bombean con un diodo acoplado a fibra CW a una longitud de onda de 940 nm a 280 W, lo que corresponde a un rendimiento óptico-óptico del 47%. La estabilidad de impulso a impulso del amplificador es menor que 1%, y el amplificador presenta excelente estabilidad a largo plazo después de 10 h de funcionamiento continuo. El haz amplificado tiene un excelente perfil espacial, con una M 2 de 1 (M 2 x = 1,08 y M 2 y = 1,07) y un perfil temporal excelente después de la compresión a 1 ps (en FWHM) ( Figura 5 ). <img alt="Figura 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig5.jpg" /> Figura 5 : Caracterización del amplificador regenerativoSalida y el efecto de reducción de ganancia. (A) La estabilidad de la potencia media amplificador regenerativo después de 10 h de operación continua. Inserción: ( a-1 ) Potencia normalizada a su valor medio en una ventana de tiempo de 0,5 h; (A -2 ) Perfil del haz de salida del amplificador regenerativo. ( B ) Espectro de salida del amplificador (verde) y la intensidad temporal recuperada (azul) de los impulsos láser a una potencia media de 100 W después del compresor de rejilla. ( C ) La energía de la semilla frente al ancho de banda espectral (FWHM) de la salida del amplificador y los desplazamientos redondos requeridos para la misma potencia media de salida a 300 W de potencia de la bomba. Esta cifra ha sido modificada de Fattahi et al. , Con permiso de la referencia 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> 25 . Se consideraron dos cristales diferentes con los siguientes parámetros: 1) un triborato de litio de tipo I de 6 mm de espesor (LBO), con un ángulo de concordancia de fase de 13,7 ° y un coeficiente no lineal de 0,819 pm / V, y 2) un Tipo I, de 3 mm de espesor BBO con un ángulo de adaptación de fase de 23,4 ° y un coeficiente no lineal de 2 pm / V 26 , 27 . 1-ps, 20-mJ pulsos a 1,030 nm y una intensidad de pico de 100 GW / cm 2 se consideraron como la entrada de la simulación. Los resultados de la simulación mostraron que el rendimiento de BBO fue superior al de la LBO para SHG ( Figura 6 ). <img alt="Figura 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig6.jpg" /> Figura 6 : Generación del segundo armónico. (A) Simulated SHG enoRgy para un cristal LBO de 6 mm de espesor y un cristal BBO de 3 mm de espesor. ( B ) Rendimiento experimental de SHG frente a la intensidad máxima de la bomba de entrada en un cristal BBO de 1,5 mm de espesor usando 0,5 mJ (negro) y 20 mJ (verde) de la salida del amplificador. ( C ) La intensidad espectral recuperada y ( d ) el retraso grupal de las mediciones de XFROG para diferentes eficiencias SHG correspondientes a los puntos A, B y C en (b). Esta cifra ha sido modificada de Fattahi et al. , Con permiso de la referencia 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

Se presenta aquí un protocolo para el funcionamiento de una fuente de bomba de amplificador de pulso de chirpómetro óptico de alta energía y alta potencia basada en un amplificador regenerativo de disco fino Yb: YAG.

20 mJ, 1 ps Yb: YAG amplificador regenerativo de disco delgado

This is a report on a 100 W, 20 mJ, 1 ps Yb:YAG thin-disk regenerative amplifier. A homemade Yb:YAG thin-disk, Kerr-lens mode-locked oscillator with ...

El objetivo general de este protocolo es demostrar el diseño y el funcionamiento de un amplificador regenerativo de disco delgado Yb:Yag de alta energía y alta potencia como extremo frontal para amplificadores ópticos de pulso paramétrico de ciclo de fusible. Los láseres de disco fino de iterbio YAG en combinación con amplificadores ópticos de pulsos paramétricos chirriados, o la llamada tecnología de femtosegundos de tercera generación, nos dan la oportunidad de generar pulsos de subciclo a pocos ciclos a alta energía y potencia media simultáneamente. La principal ventaja del sistema láser discutido en esta película es esta capacidad de potencia promedio y gran potencia al mismo tiempo para pulsos láser tan cortos como picosegundos.Aunque este láser puede servir como una bomba para láseres de pocos ciclos, también se puede usar como el extremo frontal de otros sistemas, como los láseres ultravioleta a infrarrojo medio ampliamente sintonizables. Estos bancos albergan las diferentes etapas del montaje experimental. Las etapas se entienden mejor utilizando el esquema.Observe el etiquetado del oscilador, el camilla, el amplificador regenerativo y las etapas del compresor. En primer lugar, concéntrese en la etapa del oscilador. Su cavidad lineal de 13 metros tiene una apertura dura de cobre, como medio de zafiro y un acoplador de salida de transmisión del 13%.El sistema de espejos incluye tres espejos de alta dispersión y dos espejos con un radio de curvatura negativo. Bombee el oscilador a través de diodos acoplados a fibra acoplados a un amplificador de disco delgado de granate, itrio y aluminio dopado con iterbio. Después del acoplador de salida, un cristal de óxido de bario y boro sirve como selector de pulsos para la etapa del estirador de pulsos.El estirador de pulsos estira temporalmente los pulsos de las semillas a aproximadamente dos nanosegundos. A continuación, el pulso entra en la etapa de amplificador regenerativo. Allí, el pulso de la semilla se mantiene en la cavidad del amplificador.La cavidad tiene una celda de Pockels de alto voltaje con un cristal de óxido de boro y bario. El amplificador regenerativo utiliza otro disco delgado de granate de itrio y aluminio dopado con iterbio que es bombeado por diodos acoplados a fibra. La etapa final es una etapa de compresor de pulsos, donde los pulsos amplificados se comprimen a un picosegundo.Tenga en cuenta que en todo el sistema, los diodos de la bomba, los cabezales de disco delgado y la placa de pruebas requieren enfriadores para mantenerlos fríos. Comience iniciando el enfriamiento por agua del sistema. Encienda el flujo de agua y los enfriadores de enfriamiento para los componentes del oscilador.Desde el control del enfriador, muévase a la fuente de alimentación del diodo de la bomba y enciéndala. A continuación, encienda la salida del diodo de la bomba. Ajuste la corriente para bombear el disco delgado a 940 nanómetros en modo de onda continua.En este punto, organice para observar el espectro de salida antes del selector de pulsos. Conecte la fibra a un espectrómetro y colóquela en la trayectoria del haz. El centro del espectro está a 1030 nanómetros.Después de observar el espectro, reemplace la fibra con un medidor de potencia en la misma ubicación. Observe la potencia de salida del modo de onda continua. A continuación, pase a la operación en modo pulsado y al bloqueo de modo.Trabaje en el espejo del oscilador que se encuentra en una etapa de traducción. Perturba el espejo empujando mecánicamente el escenario desde atrás. Una vez más, observe el espectro de salida antes del selector de pulsos después de que se inicie el modo pulsado.El centro del espectro está a 1030 nanómetros con un ancho de banda de unos cuatro nanómetros. A continuación, una vez más, observe la potencia de salida. Ahora haga arreglos para observar el terreno pulsado de salida con un osciloscopio.Conecte el fotodiodo rápido al osciloscopio con la atenuación adecuada. Al igual que antes, realice la medición antes que el selector de pulsos. Coloque el fotodiodo en la trayectoria del haz.En el osciloscopio, ajuste la perilla de nivel de disparo para estabilizar las formas de onda repetitivas y permitir la observación del tren de pulsos de salida. Utilice la amplitud de pico a pico de esta observación para encontrar la estabilidad de pulso a pulso. Después de esto, sustituya el fotodiodo en la trayectoria del haz con un perfilador de haz.Utilice el software del perfilador de vigas para mostrar el perfil de la viga y realizar mediciones de estabilidad de apuntamiento de la viga. Proceda a trabajar con el selector de pulsos configurando primero su software. A partir de ahí, pasa a la electrónica.Encienda el cristal selector de pulso de alto voltaje para producir la tasa de repetición. Después del selector de pulsos, use un polarizador de película delgada para seleccionar los pulsos. Estos pulsos de semillas pasan a través del estirador de rejilla y luego se someten a una amplificación regenerativa.Prepare el amplificador regenerativo poniendo en marcha su sistema de refrigeración. Abra el agua de refrigeración y configure los enfriadores para el cabezal láser y la celda de Pockels. En el ordenador móvil Pockels, inicie el software móvil Pockels.Vaya a la fuente de alimentación del controlador de celda Pockels y enciéndalo. Luego encienda la fuente de alimentación de la unidad de bomba de diodo e inicie la salida del diodo. Ajuste la corriente de la fuente de alimentación para amplificar los pulsos de semilla.A continuación, elija una posición antes de la etapa del compresor para observar la salida. Utilice un analizador de espectro y fibra para observar el espectro del amplificador regenerativo. Cuando termine, lea la potencia de salida del medidor de potencia.Anote la lectura de potencia en este punto antes de la etapa del compresor. Reemplace el analizador de espectro por un fotodiodo rápido conectado a un osciloscopio. Observe el tren de pulsos en la pantalla del osciloscopio y luego determine la estabilidad de pulso a pulso.Después de reemplazar el fotodiodo rápido por un perfilador de haz, observe el perfil del haz de salida y mida las fluctuaciones de apuntamiento del haz. Después de la amplificación, envíe los pulsos de salida a través de la etapa del compresor. Aquí esto se hace con una placa de media onda con un soporte de rotación motorizado.Ajuste los controles de la montura para permitir el paso de unos pocos vatios de potencia láser. A continuación, en el camino, tenga un estabilizador de haz en su lugar y alineado. Con el estabilizador encendido, use su software para bloquear el rayo láser y evitar la deriva del haz.Ahora, regrese a la placa de media onda y permita la salida completa del amplificador. Los pulsos viajan a la etapa del compresor, que los comprime a un picosegundo. Los elementos ópticos finales están representados en este esquema.Después de la etapa del compresor, prepare el haz para la amplificación paramétrica de pulsos chirriados. En el banco, use un telescopio para columnar y ajustar el tamaño del haz. Obtenga la retroalimentación de la viga de un perfilador de vigas.Guíe el haz fundamental a través de un cristal no lineal para generar el segundo armónico. Tener un separador de armónicos a 45 grados para separar el segundo haz armónico del haz fundamental. Utilice el perfilador de haz para observar los perfiles de haz gaussiano del segundo haz armónico y el perfil del haz fundamental no convertido.Este es el perfil del haz de salida del amplificador regenerativo. Los pulsos de semilla se amplifican a 125 vatios mientras se bombean a 280 vatios de onda continua. Un gráfico de la potencia de salida del amplificador regenerativo en función del tiempo demuestra la estabilidad del sistema mientras funciona con una eficiencia óptica del 45%Aquí, el espectro del amplificador se traza en verde y se refiere al eje horizontal a lo largo de la parte superior del gráfico.La intensidad temporal recuperada después de la compresión a un picosegundo de ancho completo a la mitad del máximo se traza en azul utilizando el eje horizontal inferior. Estas dos curvas dan la eficiencia experimental de generación de segundos armónicos frente a la intensidad máxima de la bomba de entrada en un cristal de óxido de bario y boro de 1,5 milímetros de espesor. La curva negra es para 0,5 milijulios de salida del amplificador.La curva verde es para 20 milijulios de salida del amplificador. Los puntos etiquetados como A, B y C, etiquetan diferentes eficiencias de generación de segundos armónicos a diferentes intensidades máximas. A continuación se muestran los gráficos de intensidades espectrales recuperados para cada valor etiquetado.A se traza en rojo, B en naranja y C en azul. Este láser, cuando se combina con un amplificador paramétrico óptico de banda ancha o un sistema de generación de armónicos altos, nos permite generar pulsos de attosegundos o pulsos de femtosegundos a mayor energía y potencia media. Estos parámetros abren una nueva era para que los investigadores exploren, por ejemplo, la electrónica impulsada por la luz en escalas de tiempo rápidas.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo se diseña y opera el láser de disco delgado de iterbio: YAG de alta potencia y alta energía. No olvide que trabajar con láseres de alta energía y alta potencia puede ser extremadamente peligroso y sensible al polvo. Por lo tanto, siempre se deben usar precauciones como gafas de seguridad y abrigos para salas limpias mientras se opera este láser.

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