20 mJ, 1 ps Yb: YAG Amplificatore rigenerativo a disco rigido

L'obiettivo generale di questo protocollo è dimostrare la progettazione e il funzionamento di un amplificatore rigenerativo a disco sottile Yb:Yag ad alta energia e alta potenza come front-end per amplificatori di impulsi chirpati parametrici ottici a ciclo di fusibili. I laser a disco sottile YAG all'itterbio in combinazione con amplificatori di impulsi chirpati parametrici ottici, o la cosiddetta tecnologia a femtosecondi di terza generazione, ci danno la possibilità di generare contemporaneamente impulsi da sottociclo a pochi cicli ad alta energia e potenza media. Il vantaggio principale del sistema laser discusso in questo film è questa capacità di potenza media e grande potenza nello stesso tempo per impulsi laser brevi come picosecondi.

Sebbene questo laser possa fungere da pompa per laser a pochi cicli, può anche essere utilizzato come front-end di altri sistemi, come i laser ampiamente sintonizzabili dall'ultravioletto al medio infrarosso. Questi banchi ospitano le diverse fasi del set-up sperimentale. Le fasi si comprendono meglio utilizzando lo schema.

Si noti l'etichettatura dell'oscillatore, della barella, dell'amplificatore rigenerativo e degli stadi del compressore. Per prima cosa concentrati sullo stadio dell'oscillatore. La sua cavità lineare di 13 metri ha un'apertura dura in rame, come mezzo cur in zaffiro, e un accoppiatore di uscita di trasmissione del 13%.

Il sistema di specchi comprende tre specchi ad alta dispersione e due specchi con un raggio di curvatura negativo. Pompare l'oscillatore tramite diodi accoppiati in fibra accoppiati a un amplificatore a disco sottile in granato di ittrio e alluminio drogato con itterbio. Dopo l'accoppiatore di uscita, un cristallo di ossido di bario e boro funge da raccoglitore di impulsi per lo stadio della barella di impulsi.

La barella a impulsi allunga temporalmente gli impulsi del seme a circa due nanosecondi. L'impulso entra quindi nello stadio dell'amplificatore rigenerativo. Lì, l'impulso del seme viene trattenuto nella cavità dell'amplificatore.

La cavità ha una cella di Pockels ad alta tensione con un cristallo di ossido di boro di bario. L'amplificatore rigenerativo utilizza un altro disco sottile di granato di ittrio e alluminio drogato con itterbio che viene pompato da diodi accoppiati in fibra. Lo stadio finale è uno stadio compressore di impulsi, in cui gli impulsi amplificati vengono compressi a un picosecondo.

Si noti che in tutto il sistema, i diodi della pompa, le teste a disco sottile e la breadboard richiedono refrigeratori per mantenerli freschi. Iniziare avviando il raffreddamento ad acqua per il sistema. Attivare il flusso d'acqua e i refrigeratori di raffreddamento per i componenti dell'oscillatore.

Dal controllo del refrigeratore, passare all'alimentazione del diodo della pompa e accenderlo. Quindi accendere l'uscita del diodo della pompa. Regolare la corrente per pompare il disco sottile a 940 nanometri in modalità onda continua.

A questo punto, provvedere ad osservare lo spettro di uscita prima del selettore di impulsi. Collegare la fibra a uno spettrometro e posizionarla nel percorso del raggio. Il centro dello spettro è a 1030 nanometri.

Dopo aver osservato lo spettro, sostituire la fibra con un misuratore di potenza nella stessa posizione. Osservare la potenza di uscita della modalità a onda continua. Successivamente, passare al funzionamento in modalità pulsata e al blocco della modalità.

Lavora sullo specchio dell'oscillatore che si trova in una fase di traslazione. Perturba lo specchio spingendo meccanicamente il palco dal retro. Ancora una volta, osservare lo spettro di uscita prima del selettore di impulsi dopo l'avvio della modalità pulsata.

Il centro dello spettro è a 1030 nanometri con una larghezza di banda di circa quattro nanometri. Quindi, ancora una volta, osservare la potenza di uscita. Ora prendi accordi per osservare il terreno pulsato in uscita con un oscilloscopio.

Collegare il fotodiodo veloce all'oscilloscopio con un'attenuazione appropriata. Come in precedenza, eseguire la misurazione prima del selettore di impulsi. Posizionare il fotodiodo nel percorso del raggio.

Sull'oscilloscopio, regolare la manopola del livello di trigger per stabilizzare le forme d'onda ripetute e consentire l'osservazione del treno pulsato in uscita. Utilizzare l'ampiezza da picco a picco di questa osservazione per trovare la stabilità da impulso a impulso. Successivamente, sostituire il fotodiodo nel percorso del raggio con un profilatore di raggio.

Utilizzare il software del profilatore del raggio per visualizzare il profilo del raggio ed eseguire misure di stabilità del puntamento del raggio. Procedere al lavoro con il selettore di impulsi configurando prima il suo software. Da lì, passa all'elettronica.

Accendere l'alta tensione al cristallo del selettore di impulsi per produrre la frequenza di ripetizione. Dopo il selettore di impulsi, utilizzare un polarizzatore a film sottile per selezionare gli impulsi. Questi impulsi di semi passano attraverso la barella a griglia e quindi subiscono un'amplificazione rigenerativa.

Preparare l'amplificatore rigenerativo avviando il suo sistema di raffreddamento. Aprire l'acqua di raffreddamento e impostare i refrigeratori per la testa laser e la cella Pockels. Sul computer cellulare Pockels, avviare il software Pockels cell.

Vai all'alimentatore del driver della cella Pockels e accendilo. Quindi accendere l'alimentazione dell'unità pompa-diodo e avviare l'uscita del diodo. Regolare la corrente dall'alimentatore per amplificare gli impulsi del seme.

Quindi, scegliere una posizione prima dello stadio del compressore per osservare l'uscita. Utilizzare un analizzatore di spettro e una fibra per osservare lo spettro dell'amplificatore rigenerativo. Al termine, leggere la potenza di uscita dal misuratore di potenza.

Annotare la lettura della potenza a questo punto prima della fase del compressore. Sostituire l'analizzatore di spettro con un fotodiodo veloce collegato a un oscilloscopio. Osservare il treno di impulsi sullo schermo dell'oscilloscopio e quindi determinare la stabilità da impulso a impulso.

Dopo aver sostituito il fotodiodo veloce con un profilatore di raggio, osservare il profilo del raggio di uscita e misurare le fluttuazioni di puntamento del raggio. Dopo l'amplificazione, inviare gli impulsi di uscita attraverso lo stadio del compressore. Qui questo viene fatto con una piastra a semionda con un supporto di rotazione motorizzato.

Regola i controlli della montatura per consentire il passaggio di alcuni Watt di potenza laser. Successivamente, nel percorso, posiziona e allinea uno stabilizzatore del raggio. Con lo stabilizzatore acceso, utilizzare il suo software per bloccare il raggio laser ed evitare la deriva del raggio.

Ora, torna alla piastra a semionda e consenti l'uscita completa dell'amplificatore. Gli impulsi viaggiano verso lo stadio del compressore, che li comprime a un picosecondo. Gli elementi ottici finali sono rappresentati in questo schema.

Dopo lo stadio del compressore, preparare il fascio per l'amplificazione parametrica degli impulsi chirpati. Sulla panchina, usa un telescopio per colonnare e regolare le dimensioni del raggio. Ottenere il feed back sulla trave da un profilatore di travi.

Guidare il fascio fondamentale attraverso un cristallo non lineare per generare la seconda armonica. Avere un separatore armonico a 45 gradi per separare il secondo raggio armonico dal raggio fondamentale. Utilizzare il profilatore di fascio per osservare i profili dei fasci gaussiani del raggio della seconda armonica e il profilo del fascio fondamentale non convertito.

Questo è il profilo del fascio di uscita dell'amplificatore rigenerativo. Gli impulsi dei semi vengono amplificati a 125 Watt mentre vengono pompati a 280 Watt a onda continua. Un grafico della potenza di uscita dell'amplificatore rigenerativo in funzione del tempo dimostra la stabilità del sistema mentre funziona con un'efficienza ottica del 45%Qui, lo spettro dell'amplificatore è tracciato in verde ed è riferito all'asse orizzontale lungo la parte superiore del grafico.

L'intensità temporale recuperata dopo la compressione a un picosecondo a larghezza intera a metà del massimo è tracciata in blu utilizzando l'asse orizzontale inferiore. Queste due curve forniscono l'efficienza sperimentale della generazione della seconda armonica rispetto all'intensità di picco della pompa di ingresso in un cristallo di ossido di boro di bario di 1,5 millimetri di spessore. La curva nera è per 0,5 millijoule di uscita dell'amplificatore.

La curva verde è per 20 millijoule di uscita dell'amplificatore. I punti etichettati A, B e C indicano diverse efficienze di generazione di seconda armonica a diverse intensità di picco. Di seguito sono riportati i grafici delle intensità spettrali recuperati per ciascun valore etichettato.

A è tracciato in rosso, B in arancione e C in blu. Questo laser, quando è combinato con un amplificatore parametrico ottico a banda larga o un sistema di generazione di armoniche elevate, ci permette di generare impulsi ad attosecondi o impulsi a femtosecondi a energia e potenza media più elevate. Questi parametri aprono una nuova era per i ricercatori per esplorare, ad esempio, l'elettronica guidata dalla luce su scale temporali veloci.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come viene progettato e gestito il laser a disco sottile itterbio ad alta potenza e alta energia. Non dimenticare che lavorare con laser ad alta energia e ad alta potenza può essere estremamente pericoloso e sensibile alla polvere. Pertanto, durante l'utilizzo di questo laser è necessario utilizzare sempre precauzioni come occhiali di sicurezza e camici per camera bianca.