Name: 20 mJ, 1 ps Yb: YAG amplificateur régénérateur à disque mince (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: Découvrez la conception et l'opération d'un amplificateur régénératif à disque mince Yb:YAG haute énergie pour applications en amplification paramétrique chirpée. Ce protocole détaille les étapes d'amplification de puissances laser picosecondes.

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Nous tenons à remercier le Professeur Ferenc Krausz pour les discussions et Najd Altwaijry pour son soutien à la finalisation du manuscrit. Ce travail a été financé par le Centre for Advanced Laser Applications (CALA).

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</ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à dévoiler.

L&#39;opération clé en main de l&#39;oscillateur est assurée par la gestion optimale de la chaleur des différents composants du laser. La sortie de l&#39;oscillateur est reproductible quotidiennement, sans besoin d&#39;alignement supplémentaire ou d&#39;optimisation. En outre, la stabilité de l&#39;impulsion-impulsion et la stabilité de pointage spatiale du laser à graines remplissent les conditions préalables à la réalisation d&#39;un fonctionnement stable de l&#39;amplificateur régénératif. D&#39;autres sources de graines à faible énergie, telles que des amplificateurs à fibres, peuvent être utilisées pour semer l&#39;amplificateur. Dans cette étude, on a utilisé un oscillateur KLM à faible épaisseur Yb: YAG de 2 μJ pour aider à l&#39;amplification de l&#39;amplificateur régénératif en réduisant la croissance des phases non linéaires accumulées, car le nombre requis de déplacements aller-retour est réduit pour l&#39;énergie de graines d&#39;entrée supérieure . De plus, l&#39;énergie de semences supérieure influence le processus d&#39;amplification et réduit le rétrécissement des gains. La largeur de bande spectrale mesurée de la pulsation amplifiéeEs pour différentes énergies de semences à une puissance de pompe fixe est représentée sur la figure 5c . La largeur de bande spectrale amplifiée diminue pour les énergies de graines inférieures en raison du rétrécissement des gains. Pour 10 pJ d&#39;énergie de graines, le laser opère pendant la période doublée, et il n&#39;est pas possible d&#39;atteindre un fonctionnement stable, même en augmentant le nombre de déplacements aller-retour. En plus de l&#39;optimisation soigneuse des systèmes de refroidissement et de l&#39;alimentation des diodes, le fonctionnement de l&#39;amplificateur régénératif à saturation joue un rôle majeur dans la stabilité de l&#39;amplificateur. La base ou la seconde harmonique du laser peuvent être utilisées pour pomper un système OPCPA. Pour SHG, les performances d&#39;un LBO et d&#39;un cristal BBO ont été comparées, car elles offrent un coefficient non linéaire élevé et un seuil de dégâts, en dépit d&#39;une plus grande distance spatiale et de l&#39;ouverture disponible limitée dans le cas de BBO. Comme le coefficient non linéaire de BBO est presque deux fois supérieur au LBO, un cristal plus court suffitPour atteindre la limite de saturation pour SHG ( Figure 6a ). Par conséquent, BBO est le choix le plus approprié, car la phase non linéaire accumulée est inférieure à 28 . Les durées d&#39;impulsion des impulsions SH sont caractérisées expérimentalement à différentes efficacités de conversion. On a observé qu&#39;à haute efficacité de conversion, le spectre SHG est élargi et une phase spectrale d&#39;ordre supérieur apparaît ( figure 6 ). Par conséquent, le cas B, avec l&#39;efficacité de conversion de 70%, est choisi là où le SH et les faisceaux fondamentaux non convertis conservent une excellente qualité.

La génération d&#39;impulsions laser à haute énergie et à quelques cycles à un taux de répétition élevé est d&#39;un grand intérêt pour les champs appliqués, tels que les sciences attosecondes 1 , 2 , 3 , 4 et la physique des champs 5 , 6 , qui bénéficient directement De la disponibilité de ces sources. L&#39;OPCPA représente la voie la plus prometteuse pour atteindre des énergies à impulsions élevées et de grandes largeurs de bande d&#39;amplification qui supportent simultanément des impulsions à quelques cycles 1 . À ce jour, OPCPA permet une amplification ultra-large bande, qui génère des impulsions à quelques cycles 7 , 8 , 9 , 10 . Cependant, une mise en œuvre modifiée du schéma OPCPA, qui utilise des impulsions de pompe courtes sur l&#39;échelle de picoseconde, est prometteuse pourRendant cette approche évolutive pour des énergies d&#39;impulsion encore plus élevées et des puissances moyennes dans le régime de quelques cycles 1 , 11 , 12 . En raison de l&#39;intensité élevée de la pompe dans l&#39;OPCPA à impulsion à impulsion courte, le gain à un seul passage permet l&#39;utilisation de cristaux très minces pour supporter de grandes largeurs de bande d&#39;amplification. Bien que l&#39;OPCPA pompé à impulsions courtes présente de nombreux avantages, la réalisation de cette approche est soumise à la disponibilité des lasers spécialement adaptés à cet effet. De tels émetteurs laser de pompes sont nécessaires pour délivrer des impulsions de picoseconde à haute énergie avec une qualité de faisceau faiblement diffraction à des taux de répétition dans la plage de kHz à MHz 13 , 14 , 15 . L&#39;introduction de lasers dopés à l&#39;ytterbium à différentes géométries, capables de délivrer des impulsions laser à la picoseconde à haute énergie et à une puissance moyenne élevée, Sont sur le point de changer l&#39;état actuel du champ 1 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . Yb: YAG a une bonne conductivité thermique et une longue durée de vie de l&#39;état supérieur, et il peut être pompé par des lasers à diodes rentables. Sa performance lorsqu&#39;elle est utilisée dans la géométrie des disques minces est exceptionnelle en raison du refroidissement efficace du moyen de gain pour augmenter simultanément le pic et la puissance moyenne. En outre, l&#39;apparition d&#39;auto-focalisation à l&#39;intérieur du milieu de gain pendant le processus d&#39;amplification est supprimée en raison de la minceur du disque mince par rapport à d&#39;autres géométries de milieu de gain, ce qui donne lieu à d&#39;excellents profils temporels et spatiaux des impulsions amplifiées. La combinaison de ce concept avec CPA est prometteuse pour générer des impulsions de picoseconde avec des centaines de millijoules d&#39;énergie et des centainesDe watts de puissance moyenne 19 , 20 . Le but de ce travail est de démontrer un amplificateur régénérateur Yb: YAG à disque mince avec une performance quotidienne remarquable comme source appropriée pour le pompage des OPCPA 21 . Pour atteindre cet objectif, cette étude utilise un oscillateur à disque mince Yb: YAG 22 avec plusieurs microjoules d&#39;énergie impulsionnelle pour semer l&#39;amplificateur afin de minimiser la phase non linéaire accumulée pendant le processus d&#39;amplification. Ce protocole fournit la recette pour la construction et l&#39;exploitation du système laser, qui est décrit ailleurs 21 . Des détails sur les logiciels de mise en œuvre et de contrôle des composants sont présentés et le processus d&#39;alignement du système est décrit.

<table><tbody><tr><td>Electrooptics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Module laser à diode couplé</td><td>à la fibre Dilas Diodenlaser GmbH</td><td>M1F8H12-940.5-500C-IS11.34</td><td></td></tr><tr><td>Module laser à diode couplé à la fibre</td><td>Laserline GmbH</td><td>LDM1000-500</td><td></td></tr><tr><td>Alimentation pour laser à diode</td><td>Delta Elektronika B.V.</td><td>SM 15-100</td><td></td></tr><tr><td>Alimentation pour diode laser</td><td>Delta Elektronika B.V.</td><td>SM 35-45</td><td></td></tr><tr><td>Pilote de prélèvement d’impulsions</td><td>Bergmann Messger&auml ; te Entwicklung KG&nbsp ;</td><td>N/A, Driver</td> Bergmann Messger&auml personnalisé <td></td></tr><tr>de<td>Pockels Cell</td><td> ; te Entwicklung KG&nbsp ;</td><td>N/A, alimentation personnalisée</td><td></td></tr> du <tr><td>pilote de sélecteur d’impulsions</td><td>Bergmann Messger&auml ; te Entwicklung KG&nbsp ;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Pockels Cell Driver Alimentation</td><td>Bergmann Messger&auml ; te Entwicklung KG&nbsp ;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Générateur de retard PCI</td><td>Bergmann Messger&auml ; te Entwicklung KG&nbsp ;</td><td></td><td></td>BME_SG08p</tr><tr><td>Boîte de séparation</td><td>Bergmann Messger&auml ; te Entwicklung KG&nbsp ;</td><td>N/A,</td> préamplificateur résonnant personnalisé <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 de Pulse Picker,</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personnalisé</td><td>12 * 12 * 20 mm & sup3 ;</td></tr><tr><td>Le cristal de Pockels Cell</td><td>, Castech Inc.</td><td>N/A, personnalisé</td><td>12 * 12 * 20 mm & sup3 ;</td></tr><tr><td><Nom>strong</td><td>Entreprise</td><td>Numéro de catalogue</td><td>Comments</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> Laser TRUMPF Scientific à tête mince personnalisé<td></td></tr><tr><td></td><td>&nbsp ;</td><td>N/A, personnalisé</td><td></td></tr><tr><td>Fiber</td><td>Frank Optic Products GmbH</td><td>N/A, objectif de fibre personnalisé</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Edmund Optics GmbH</td><td>N/A, personnalisé</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>Caillebotis de civière 1</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personnalisé</td><td>60*40*10 mm&sup3 ;</td></tr><tr><td>Caillebotis de civière 2</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personnalisé</td><td>350*190*50 mm&sup3 ;</td></tr><tr><td>Caillebotis du compresseur 1</td><td>Plymouth Grating Laboratory, Inc.</td><td>N/A, personnalisé</td><td>40 * 40 * 16 mm & sup3 ;</td></tr><tr><td>Caillebotis du compresseur 2</td><td>Plymouth Grating Laboratory, Inc.</td><td>N/A, personnalisé</td><td>300 * 100 * 50 mm & sup3 ;</td></tr><tr><td>Miroir HR, 1" (1030nm), plat, 0&deg ;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108060</td><td></td></tr><tr><td>HR Miroir, 1" (1030nm), plat, 0&deg ;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>HR Miroir, 1" (1030nm), plat, 45&deg ;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108063</td><td></td></tr><tr><td>HR Miroir, 1" (1030nm), plat, 45&deg ;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>Miroir HR, 1 » (1030nm), incurvé</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A,</td><td>ensemble</td>personnalisé</tr><tr><td>Miroir HR, 2 » (1030nm), plat, 0&deg ;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>HR Miroir, 2" (1030nm), plat, 45&deg ;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>Polariseur à couche mince (1030nm), 2"</td><td>Layertec GmbH</td><td>103930</td><td></td></tr><tr><td>Waveplate L/2 (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>106058</td><td>&Oslash ;=25mm</td></tr><tr><td>Waveplate L/4 (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>106060</td><td>&Oslash ;=25mm</td></tr><tr><td>AR Window (1030nm), coin</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-00183-01, S-00988</td><td>&Oslash ;=</td></tr><tr><td>Coupleur de sortie 38mm, 1" (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A, personnalisé</td><td>PR = 88 %</td></tr><tr><td>Miroir à haute dispersion (1030nm)</td><td>UltraFast Innovations GmbH</td><td>N/A, personnalisé</td><td>GDD = -3000 fs&sup2 ;</td></tr><tr><td>Objectif, 1 » (1030nm), Plano-Convexe</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, ensemble sur mesure</td><td></td></tr><tr><td>Objectif, 1 » (1030nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A, ensemble sur mesure</td><td></td></tr><tr><td>, 2 » (1030nm), Plano-Convexe</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, ensemble sur mesure</td><td></td></tr><tr><td>Objectif, 2 » (1030nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>ensemble</td></tr> <tr><td>sur mesureMiroir HR, 1" (515nm), plat, 0&deg ;</td><td>Layertec GmbH</td><td>129784</td><td></td></tr><tr><td>HR Miroir, 1" (515nm), plat, 0&deg ;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>Miroir HR, 1" (515nm), plat, 45&deg ;</td><td>Layertec GmbH</td><td>110924</td><td></td></tr><tr><td>HR Miroir, 1" (515nm), plat, 45&deg ;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515</td><td></td></tr><tr><td>Miroir HR, 1 » (515nm), incurvé</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A</td><td>, ensemble</td>personnalisé</tr><tr><td>Miroir HR, 1 » (515nm), incurvé</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>ensemble</td>personnalisé</tr><tr><td>Miroir HR, 2 » (515nm), plat, 0&deg ;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>Miroir HR, 2" (515nm), plat, 45&deg ;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515</td><td></td></tr><tr><td>Polariseur à couche mince (515nm), 2"</td><td>Layertec GmbH</td><td>112544</td><td></td></tr><tr><td>Waveplate L/2 (515nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>112546</td><td>&Oslash ;=25mm</td></tr><tr><td>Objectif, 1 » (515nm), Plano-Convexe</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A,</td><td>set</td>personnalisé</tr><tr><td>Lentille, 1 » (515nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>set personnalisé</td></tr><tr><td>Kerr Medium Meller</td><td>Optics, Inc.</td><td>N/A, saphir personnalisé</td><td>, 1mm</td></tr><tr><td>BBO Crystal</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personnalisé</td><td>7 * 7 * 1,5 mm & sup3 ;</td></tr><tr><td>Séparateur harmonique, 1", 45&deg ;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-5135</td><td></td></tr><tr><td>Séparateur harmonique, 2", 45&deg ;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-5135</td><td></td></tr><tr><td>Miroir argenté, 1 », plat</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>Miroir argenté, 1 », incurvé</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>set</td>personnalisé</tr><tr><td>Filtre - Densité neutre absorbante</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NE##A</td><td>set</td></tr><tr><td>Filtre - Densité neutre réfléchissante</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>ND##A</td><td></td></tr><tr><td>set Filtre - Filtre rond à variation continue</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NDC-50C-4M</td><td></td></tr><tr><td>- Filtre passe-bord (passe-long)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FEL####</td><td>set</td></tr><tr><td>Filtre - Filtre passe-bord (passe-court)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FES####</td><td>set</td></tr><tr><td>Wedge</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, ensemble personnalisé</td><td></td></tr><tr><td>Nom</td><td><Société>Société </td><td>Numéro de catalogue</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Optomechanics & Motion</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Support de rétroviseur 1 » (petit)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S1M4-##-1 »</td><td></td></tr><tr><td>Monture de miroir 1 » (grande)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S3-##</td><td></td></tr><tr><td>Monture de miroir 1"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp ;</td><td>1" réglable&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Monture de miroir 2"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S4-##</td><td></td></tr><tr><td>Monture de miroir 2"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp ;</td><td>2" réglable&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Support rotatif 1"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>D25</td><td></td></tr><tr><td>Support rotatif 1"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>Support rotatif 2"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP2/M</td><td></td></tr><tr><td>Platine de rotation de précision</td><td>Newport Corporation</td><td>M-UTR120</td><td></td></tr><tr><td>Caillebotis de diffraction à quatre axes Mont</td><td>Newport Corporation</td><td>DGM-1</td><td></td></tr><tr><td>Platine de translation</td><td>OptoSigma Corporation</td><td>TADC-651SR25-M6</td><td></td></tr><tr><td>Pockels Pockels</td> Cell Holder <td>Newport Corporation</td><td>9082-M</td><td></td></tr><tr><td>Pockels</td><td>Fait maison</td><td>, N/A, kit personnalisé</td><td></td></tr><tr><td>de contrôleur / pilote de picomoteur</td><td>Newport Corporation</td><td>8742-12-KIT</td><td></td></tr><tr><td>Actionneurs linéaires piézoélectriques</td><td>Newport Corporation</td><td>8301NF</td><td></td></tr><tr><td>Support de rotation de picomoteur</td><td>Newport Corporation</td><td>8401-M</td><td></td></tr><tr><td>Pad de commande manuelle</td><td>Newport Corporation</td><td>8758</td><td></td></tr><tr><td>Nom</td><td>Société</td><td>Numéro de catalogue</strong</td><td>>Comments</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>Beam Profiling Camera</td><td>DataRay Inc.</td><td>WCD-UCD23</td><td></td></tr><tr><td>Photodiodes (solw)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>DET10A/M</td><td></td></tr><tr><td>Photodiodes (fast)</td><td>Alphalas GmbH</td><td>UPD-200-SP</td><td></td></tr><tr><td>Thin-disk Camera</td><td>Imaging Development Systems GmbH</td><td>UI-2220SE-M-GL</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronix GmbH</td><td>DPO5204</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Teledyne LeCroy GmbH</td><td>SDA 760Zi-A</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-ULS3648-USB2</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C1769</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C3762</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D464</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D466</td><td></td></tr><tr><td>Capteur de puissance thermique laser</td><td>Capteur de puissance thermique laser Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>L50(150)A-PF-35</td><td></td></tr><tr><td>Capteur de puissance thermique laser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>FL500A</td><td></td></tr><tr><td>Capteur de puissance thermique laser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>3A-P-V1</td><td></td></tr><tr><td>Compteur de puissance et d’énergie</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>Vega</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>Numéro de catalogue</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Systems</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laser Beam Stabilization System</td><td>TEM-Messtechnik GmbH</td><td>Aligna</td><td></td></tr><tr><td>Laser M&sup2 ; Système de mesure</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>M&sup2 ;-200s</td><td></td></tr><tr><td>FROG</td><td>Fait maison</td><td>N/A, personnalisé</td><td></td></tr><tr><td>XFROG</td><td>Fait maison</td><td>N/A, personnalisé</td><td></td></tr><tr><td>Nom</td><td>Entreprise<</td><td>strong>Numéro de catalogue</td><td>Commentaires</td></tr><tr><td>Divers</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cooling Chiller</td><td>H.I.B Systemtechnik GmbH</td><td>6HE-000800-W-W-R23-2-DI</td><td></td></tr><tr><td>Refroidisseur de refroidissement</td><td>Termotek GmbH</td><td>P201</td><td></td></tr><tr><td>Refroidisseur de refroidissement</td><td>Termotek GmbH</td><td>P208</td><td></td></tr><tr><td>Laser Safety Boggles</td><td>Protect - Laserschutz GmbH</td><td>BGU 10-0165-G-20</td><td></td></tr><tr><td>Visionneuse infrarouge</td><td>FJW Optical Systems</td><td>84499A</td><td></td></tr><tr><td>Carte de visualisation laser</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC4</td><td></td></tr> Carte <tr><td>de visualisation laser</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC5</td><td></td></tr><tr><td>Carte de visualisation laser</td><td>Laser Components GmbH</td><td>LDT-1064</td> BG <td></td></tr><tr><td>Débitmètre</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>DTK-1250G2C34P</td><td></td></tr><tr><td>Manomètre</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>EN 837-1</td><td></td></tr><tr><td>Capteur de température</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 Version 2.1 pro.</td><td>Logiciel de cavité laser</td></tr></tbody></table>

20 mj, 1 ps yb: yag amplificateur régénérateur à disque mince

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

Il s&#39;agit d&#39;un rapport sur un amplificateur régénérateur de 100 W, 20 mJ, 1 ps Yb: YAG en disque mince. Un Yb: YAG de petite taille, un oscillateur verrouillé en mode Kerr-lens avec une performance clé en main et une énergie impulsionnelle à niveau de microjolume est utilisé pour semer l&#39;amplificateur à impulsions chirpées régénératives. L&#39;amplificateur est placé dans un boîtier hermétique. Il fonctionne à température ambiante et présente un fonctionnement stable à un taux de répétition de 5 kHz, avec une impulsion à impulsion inférieure à 1%. En utilisant un cristal de borate de baryum bêta de 1,5 mm d&#39;épaisseur, la fréquence de la sortie laser est doublée à 515 nm, avec une puissance moyenne de 70 W, ce qui correspond à une efficacité optique à optique de 70%. Cette performance supérieure rend le système une source de pompe attrayante pour les amplificateurs paramétriques optiques à impulsions chirpées dans la gamme spectrale proche infrarouge et infrarouge moyen. En combinant la performance clé en main et la stabilité supérieure de l&#39;amplificateur régénératif, le système facilite la génération d&#39;un système à large bande, stable au CEPla graine. La fourniture de la semence et de la pompe de l&#39;amplification paramétrique optique à impulsions chirpées (OPCPA) à partir d&#39;une source laser élimine la demande de synchronisation temporelle active entre ces impulsions. Ce travail présente un guide détaillé pour la mise en place et l&#39;exploitation d&#39;un amplificateur régénérateur Yb: YAG en disque mince, basé sur l&#39;amplification des impulsions chirpées (CPA), en tant que source de pompe pour un amplificateur paramétrique optique à impulsions chirpées.

<html> L&#39;oscillateur délivre des impulsions de 350 fs, 2 μJ, 25-W au taux de répétition de 11 MHz, avec une impulsion-impulsion de 1% (rms) et des fluctuations de pointage de faisceau inférieures à 0,6% sur 1 h de mesure ( Figure 4 ). <img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig4.jpg" /> Figure 4 : Yb: YAG thin-disk, oscillateur verrouillé en mode Kerr-lens. (A) Le spectre (rouge), le profil d&#39;intensité temporelle récupérée (bleu), et le profil spatial (encart) des impulsions d&#39;oscillateur. ( B ) Spectrographie SHG-FROG mesurée et récupérée de l&#39;oscillateur. Ce chiffre a été modifié de Fattahi et al. , Avec la permission de la référence 21 .&gt; Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre. Les impulsions de graines sont amplifiées dans l&#39;amplificateur régénératif à 125 W tout en étant pompées avec une diode à fibre optique CW à une longueur d&#39;onde de 940 nm à 280 W, ce qui correspond à un rendement optique à optique de 47%. La stabilité de l&#39;impulsion à l&#39;impulsion de l&#39;amplificateur est inférieure à 1%, et l&#39;amplificateur présente une excellente stabilité à long terme après 10 heures de fonctionnement continu. Le faisceau amplifié a un excellent profil spatial, avec un M 2 de 1 (M 2 x = 1,08 et M 2 y = 1,07) et un excellent profil temporel après compression à 1 ps (à FWHM) ( Figure 5 ). <img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig5.jpg" /> Figure 5 : Caractérisation de l&#39;amplificateur régénératifLa sortie et l&#39;effet de réduction de gain. (A) La stabilité de l&#39;amplificateur régénératif puissance moyenne au bout de 10 h de fonctionnement continu. Insertion: ( a-1 ) Puissance normalisée à sa valeur moyenne dans une fenêtre temporelle de 0,5 h; (A -2 ) Profil de faisceau de sortie de l&#39;amplificateur régénératif. ( B ) Le spectre de sortie de l&#39;amplificateur (vert) et l&#39;intensité temporelle récupérée (bleu) des impulsions laser à une puissance moyenne de 100 W après le compresseur de réseau. ( C ) L&#39;énergie des semences par rapport à la bande passante spectrale (FWHM) de la sortie de l&#39;amplificateur et les déplacements aller-retour requis pour la même puissance moyenne de sortie à 300 W de la puissance de la pompe. Ce chiffre a été modifié de Fattahi et al. , Avec la permission de la référence 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig5large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a> 25 . Deux cristaux différents avec les paramètres suivants ont été considérés: 1) un triborate de lithium de type I, 6 mm d&#39;épaisseur (LBO), avec un angle de concordance de phase de 13,7 ° et un coefficient non linéaire de 0,819 pm / V et 2) a BBO de type I, 3 mm d&#39;épaisseur avec un angle de correspondance de phase de 23,4 ° et un coefficient non linéaire de 2 pm / V 26 , 27 . Les impulsions de 1-ps, 20-mJ à 1 030 nm et une intensité maximale de 100 GW / cm 2 ont été considérées comme l&#39;entrée de la simulation. Les résultats de la simulation ont montré que la performance BBO était supérieure à celle du LBO pour SHG ( Figure 6 ). <img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig6.jpg" /> Figure 6 : Génération de deuxième harmonique. (A) Simulated SHG èneRgy pour un cristal LBO de 6 mm d&#39;épaisseur et un cristal BBO de 3 mm d&#39;épaisseur. ( B ) L&#39;efficacité SHG expérimentale par rapport à l&#39;intensité du pic de la pompe d&#39;entrée dans un cristal BBO de 1,5 mm d&#39;épaisseur utilisant 0,5 mJ (noir) et 20 mJ (vert) de la sortie de l&#39;amplificateur. ( C ) L&#39;intensité spectrale récupérée et ( d ) le retard de groupe des mesures XFROG pour différentes efficacités SHG correspondant aux points A, B et C dans (b). Ce chiffre a été modifié de Fattahi et al. , Avec l&#39;autorisation de la référence 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig6large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

Un protocole pour le fonctionnement d&#39;une source de pompe à amplificateur à impulsions paramétriques paramétriques à haute énergie et haute puissance basée sur un amplificateur régénérateur à disque fin Yb: YAG est présenté ici.

20 mJ, 1 ps Yb: YAG amplificateur régénérateur à disque mince

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 ...

L’objectif global de ce protocole est de démontrer la conception et le fonctionnement d’un amplificateur régénératif à disque mince Yb :Yag à haute énergie et haute puissance en tant qu’extrémité avant pour les amplificateurs d’impulsions paramétriques optiques à cycle de fusibles. Les lasers à disque mince YAG à l’ytterbium en combinaison avec des amplificateurs d’impulsions paramétriques optiques à dérive de fréquence, ou la technologie femtoseconde dite de troisième génération, nous donnent la possibilité de générer simultanément des impulsions de sous-cycle à quelques cycles à haute énergie et à puissance moyenne. Le principal avantage du système laser discuté dans ce film est cette capacité de puissance moyenne et de grande puissance en même temps pour des impulsions laser aussi courtes que quelques picosecondes.Bien que ce laser puisse servir de pompe pour les lasers à quelques cycles, il peut également être utilisé comme extrémité avant d’autres systèmes, tels que les lasers ultraviolets à infrarouges moyens largement accordables. Ces bancs accueillent les différentes étapes du dispositif expérimental. Les étapes sont mieux comprises à l’aide du schéma.Notez l’étiquetage de l’oscillateur, de la civière, de l’amplificateur régénératif et des étages de compresseur. Concentrez-vous d’abord sur l’étage de l’oscillateur. Sa cavité linéaire de 13 mètres a une ouverture dure en cuivre, comme le saphir cur medium, et un coupleur de sortie de transmission de 13 %.Le système de miroir comprend trois miroirs à haute dispersion et deux miroirs avec un rayon de courbure négatif. Pompez l’oscillateur via des diodes couplées à des fibres couplées à un amplificateur à disque mince d’yttrium et d’aluminium dopé à l’ytterbium. Après le coupleur de sortie, un cristal d’oxyde de bore et de baryum sert de collecteur d’impulsions pour l’étage d’étirement d’impulsions.L’étireur d’impulsions étire temporellement les impulsions de graines à environ deux nanosecondes. L’impulsion entre ensuite dans l’étage d’amplification régénérative. Là, l’impulsion de semence est maintenue dans la cavité de l’amplificateur.La cavité est dotée d’une cellule de Pockels à haute tension avec un cristal d’oxyde de bore et de baryum. L’amplificateur régénératif utilise un autre disque mince de grenat d’aluminium et d’yttrium dopé à l’ytterbium qui est pompé par des diodes couplées à la fibre. Le dernier étage est un étage de compression d’impulsions, où les impulsions amplifiées sont compressées à une picoseconde.Notez que dans tout le système, les diodes de la pompe, les têtes à disque mince et la planche à pain nécessitent des refroidisseurs pour les garder au frais. Commencez par démarrer le refroidissement par eau du système. Activez le débit d’eau et les refroidisseurs de refroidissement pour les composants de l’oscillateur.À partir de la commande du refroidisseur, accédez à l’alimentation de la diode de la pompe et allumez-la. Ensuite, allumez la sortie de la diode de la pompe. Ajustez le courant pour pomper le disque mince à 940 nanomètres en mode onde continue.À ce stade, arrangez-vous pour observer le spectre de sortie avant le sélecteur d’impulsions. Connectez la fibre à un spectromètre et placez-la dans le trajet du faisceau. Le centre du spectre se trouve à 1030 nanomètres.Après avoir observé le spectre, remplacez la fibre par un wattmètre au même endroit. Observez la puissance de sortie du mode d’onde continue. Ensuite, passez au fonctionnement en mode pulsé et au verrouillage du mode.Travaillez sur le miroir de l’oscillateur qui se trouve sur une platine de translation. Perturbez le miroir en poussant mécaniquement la platine par l’arrière. Encore une fois, observez le spectre de sortie avant le sélecteur d’impulsions après le lancement du mode pulsé.Le centre du spectre se trouve à 1030 nanomètres avec une bande passante d’environ quatre nanomètres. Ensuite, une fois de plus, observez la puissance de sortie. Prenez maintenant des dispositions pour observer le terrain pulsé de sortie avec un oscilloscope.Connectez la photodiode rapide à l’oscilloscope avec l’atténuation appropriée. Comme précédemment, effectuez la mesure avant le sélecteur d’impulsions. Placez la photodiode dans le trajet du faisceau.Sur l’oscilloscope, réglez le bouton de niveau de déclenchement pour stabiliser les formes d’onde répétitives et permettre l’observation du train pulsé de sortie. Utilisez l’amplitude de crête à crête de cette observation pour déterminer la stabilité d’une impulsion à l’autre. Après cela, remplacez la photodiode dans le trajet du faisceau par un profileur de faisceau.Utilisez le logiciel de profilage de faisceau pour afficher le profil du faisceau et effectuer des mesures de stabilité du pointage du faisceau. Procédez à l’utilisation du sélecteur d’impulsions en configurant d’abord son logiciel. De là, passez à l’électronique.Allumez la haute tension vers le cristal de sélection d’impulsions pour produire le taux de répétition. Après le sélecteur d’impulsions, utilisez un polariseur à couche mince pour sélectionner les impulsions. Ces impulsions de graines passent à travers le châssis à grille, puis subissent une amplification régénérative.Préparez l’amplificateur régénératif en démarrant son système de refroidissement. Ouvrez l’eau de refroidissement et réglez les refroidisseurs pour la tête laser et la cellule Pockels. Sur l’ordinateur de la cellule Pockels, démarrez le logiciel de la cellule Pockels.Accédez à l’alimentation du pilote de la cellule Pockels et allumez-le. Allumez ensuite l’alimentation de l’unité pompe-diode et démarrez la sortie de la diode. Ajustez le courant de l’alimentation électrique pour amplifier les impulsions de démarrage.Ensuite, choisissez une position avant l’étage du compresseur pour observer la sortie. Utilisez un analyseur de spectre et une fibre pour observer le spectre de l’amplificateur régénératif. Une fois terminé, lisez la puissance de sortie du wattmètre.Notez la lecture de la puissance à ce stade avant l’étage du compresseur. Remplacez l’analyseur de spectre par une photodiode rapide connectée à un oscilloscope. Observez le train d’impulsions sur l’écran de l’oscilloscope, puis déterminez la stabilité d’une impulsion à l’autre.Après avoir remplacé la photodiode rapide par un profileur de faisceau, observez le profil du faisceau de sortie et mesurez les fluctuations de pointage du faisceau. Après l’amplification, envoyez les impulsions de sortie à travers l’étage de compression. Ici, cela se fait avec une plaque demi-onde avec un support de rotation motorisé.Ajustez les commandes de la monture pour laisser passer quelques watts de puissance laser. Ensuite, mettez un stabilisateur de faisceau en place et aligné. Avec le stabilisateur activé, utilisez son logiciel pour verrouiller le faisceau laser et éviter la dérive du faisceau.Maintenant, revenez à la plaque demi-onde et autorisez la sortie complète de l’amplificateur. Les impulsions se propagent sur l’étage du compresseur, qui les compresse à une picoseconde. Les derniers éléments optiques sont représentés dans ce schéma.Après l’étage du compresseur, préparez le faisceau pour l’amplification d’impulsions paramétriques à dérive de fréquence. Sur le banc, utilisez un télescope pour colonner et ajuster la taille du faisceau. Obtenez un retour d’information sur la poutre à partir d’un profileur de poutre.Guidez le faisceau fondamental à travers un cristal non linéaire pour générer la deuxième harmonique. Avoir un séparateur d’harmoniques à 45 degrés pour séparer le deuxième faisceau harmonique du faisceau fondamental. Utilisez le profileur de faisceau pour observer les profils de faisceau gaussien du faisceau de la deuxième harmonique et le profil du faisceau fondamental non converti.Il s’agit du profil du faisceau de sortie de l’amplificateur régénératif. Les impulsions d’amorçage sont amplifiées à 125 watts tout en étant pompées à 280 watts d’ondes continues. Un graphique de la puissance de sortie de l’amplificateur régénératif en fonction du temps démontre la stabilité du système tout en fonctionnant à une efficacité optique de 45 %Ici, le spectre de l’amplificateur est tracé en vert et est référencé à l’axe horizontal le long du haut du graphique.L’intensité temporelle récupérée après compression à une picoseconde sur toute la largeur à mi-maximum est tracée en bleu à l’aide de l’axe horizontal inférieur. Ces deux courbes donnent l’efficacité expérimentale de génération de la deuxième harmonique par rapport à l’intensité de crête de la pompe d’entrée dans un cristal d’oxyde de bore de baryum de 1,5 millimètre d’épaisseur. La courbe noire correspond à 0,5 millijoule de sortie de l’amplificateur.La courbe verte correspond à 20 millijoules de sortie d’amplificateur. Les points étiquetés A, B et C indiquent différentes efficacités de génération de seconde harmonique à différentes intensités de pointe. Voici les tracés des intensités spectrales récupérés pour chaque valeur étiquetée.A est tracé en rouge, B en orange et C en bleu. Ce laser, lorsqu’il est associé à des amplificateurs paramétriques optiques à large bande ou à un système de génération d’harmoniques élevées, nous permet de générer des impulsions attosecondes ou des impulsions femtosecondes à une énergie plus élevée et à une puissance moyenne. Ces paramètres ouvrent une nouvelle ère pour les chercheurs qui explorent, par exemple, l’électronique pilotée par la lumière à des échelles de temps rapides.Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la conception et de l’utilisation du laser à disque mince ytterbium :YAG de haute puissance et de haute énergie. N’oubliez pas que travailler avec des lasers à haute énergie et à haute puissance peut être extrêmement dangereux et sensible à la poussière. Par conséquent, des précautions telles que des lunettes de sécurité et des manteaux de salle blanche doivent toujours être utilisées lors de l’utilisation de ce laser.

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