Name: 20 mJ, 1 ps Yb: YAG Amplificatore rigenerativo a disco rigido (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: Scopri il funzionamento di un amplificatore rigenerativo Yb:YAG a disco sottile ad alta energia per la generazione di impulsi laser picosecondi. Questo metodo consente di ottenere potenza media elevata per applicazioni in ingegneria ottica.

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Vorremmo ringraziare il prof. Ferenc Krausz per le discussioni e Najd Altwaijry per il suo supporto per la finalizzazione del manoscritto. Questo lavoro è stato finanziato dal Centro per le Applicazioni Laser avanzate (CALA).

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il funzionamento a chiave del oscillatore è ottenuto dalla gestione ottimale del calore delle diverse componenti del laser. L&#39;uscita dell&#39;oscillatore è riproducibile su base giornaliera, senza necessità di allineamento o ottimizzazione supplementari. Inoltre, la stabilità energetica impulso-impulso e la stabilità di punta spaziale del laser di sementi soddisfano le condizioni preliminari per il funzionamento stabile dell&#39;amplificatore rigenerativo. Altre sorgenti di sementi a basso contenuto energetico, come gli amplificatori a fibre, possono essere utilizzati per seminare l&#39;amplificatore. In questo studio è stato utilizzato un oscillatore KLM da 2 μJ Yb: YAG per aiutare l&#39;amplificazione dell&#39;amplificatore rigenerativo riducendo la crescita delle fasi non lineari accumulate, in quanto il numero di giri voluto richiesto è ridotto per l&#39;energia di semi più alta . Inoltre, la maggiore energia seme influenza il processo di amplificazione e riduce il rallentamento del guadagno. La larghezza di banda spettrale misurata del pulso amplificatoEs per energie di sementi differenti a una potenza fissa della pompa è mostrato in Figura 5c . La larghezza di banda spettrale amplificata diminuisce per le energie di seme inferiori a causa del restringimento dei guadagni. Per l&#39;energia di sementi da 10 pJ, il laser opera nel periodo raddoppiato e non è possibile raggiungere un funzionamento stabile, anche aumentando il numero di giri andati. Oltre all&#39;attenta ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento e dell&#39;alimentazione dei diodi, il funzionamento dell&#39;amplificatore rigenerativo a saturazione svolge un ruolo importante nella stabilità raggiunta dell&#39;amplificatore. La fondamentale o la seconda armonica del laser può essere usata per pompare un sistema OPCPA. Per SHG, sono state confrontate le prestazioni di un LBO e un cristallo di BBO, in quanto offrono un elevato coefficiente non lineare e una soglia di danno, nonostante il largo spazio spaziale e l&#39;apertura limitata disponibile nel caso della BBO. Poiché il coefficiente non lineare della BBO è quasi il doppio del LBO, un cristallo più corto è sufFinient per raggiungere il limite di saturazione per SHG ( Figura 6a ). Pertanto, BBO è la scelta più adatta, poiché la fase non lineare accumulata è più piccola 28 . Le durate di impulso degli impulsi SH sono caratterizzate sperimentalmente a diverse efficienze di conversione. È stato osservato che ad alta efficienza di conversione, lo spettro SHG è ampliato e appare una fase spettrale di ordine superiore ( Figura 6 ). Pertanto viene scelto il caso B, con l&#39;efficienza di conversione del 70%, dove gli SH e le travi fondamentali non convertite mantengono una qualità eccellente.

La generazione di impulsi laser ad alta energia, a pochi cicli ad elevata frequenza di ripetizione, è di grande interesse per i campi applicati, come la scienza attosecond 1 , 2 , 3 , 4 e la fisica alta 5 , 6 , Dalla disponibilità di tali fonti. OPCPA rappresenta la via più promettente per ottenere energie ad impulso elevate e ampie larghezze di banda di amplificazione che supportano contemporaneamente impulsi a pochi cicli 1 . Ad oggi, OPCPA consente l&#39;amplificazione ultra-banda larga, che genera impulsi a pochi cicli 7 , 8 , 9 , 10 . Tuttavia, un&#39;implementazione modificata dello schema OPCPA, che utilizza impulsi corti della pompa sulla scala di picosecondi, è promessa perRendendo questo approccio scalabile per energie di impulso ancora più elevate e potenze medie nel regime a pochi cicli 1 , 11 , 12 . A causa dell&#39;elevata intensità della pompa in OPCPA pompato a breve impulso, l&#39;elevato guadagno a singolo passaggio consente l&#39;utilizzo di cristalli molto sottili per supportare ampie larghezze di banda di amplificazione. Sebbene l&#39;OPCPA pompato a impulsi corti abbia molti vantaggi, la realizzabilità di questo approccio è soggetta alla disponibilità di laser adatti a questo scopo. Questi laser di pompaggio sono necessari per fornire impulsi picosecondi ad alta energia con qualità del fascio limitato vicino a diffrazione a velocità di ripetizione nella gamma da kHz a MHz 13 , 14 , 15 . L&#39;introduzione di laser a base di itterbium a diverse geometrie, in grado di fornire impulsi laser a picosecondi ad alta energia e ad alta potenza media, Stanno per cambiare lo stato attuale del campo 1 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . Yb: YAG ha una buona conducibilità termica e una lunga durata di stato superiore, e può essere pompata da laser a diodo a basso costo. La sua prestazione quando viene utilizzata in geometria a disco sottile è eccezionale a causa del raffreddamento efficiente del mezzo di guadagno per scalare simultaneamente il picco e la potenza media. Inoltre, il fenomeno dell&#39;autofocusione all&#39;interno del mezzo di guadagno durante il processo di amplificazione viene soppresso a causa della maneggevolezza del disco sottile rispetto ad altre geometrie del medium di guadagno, con conseguente profili temporali e spaziali eccellenti degli impulsi amplificati. Combinando questo concetto con CPA promette di generare impulsi picosecondi con centinaia di million di energia e centinaiaDi watt di potenza media 19 , 20 . Lo scopo di questo lavoro è quello di dimostrare un amplificatore rigenerativo a disco rigido Yb: YAG con eccezionali prestazioni quotidiane come una fonte adatta per il pompaggio di OPCPA 21 . Per raggiungere questo obiettivo, questo studio utilizza un oscillatore 22 a disco Yb: YAG con microspi di energia a impulsi per seminare l&#39;amplificatore per minimizzare la fase non lineare accumulata durante il processo di amplificazione. Questo protocollo fornisce la ricetta per la costruzione e il funzionamento del sistema laser, descritto altrove 21 . Sono mostrati dettagli sul software di implementazione e controllo dei componenti e viene descritto il processo di allineamento del sistema.

<table><tbody><tr><td>Electrooptics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Modulo laser a diodi accoppiato a fibra</td><td>Dilas Diodenlaser GmbH</td><td>M1F8H12-940.5-500C-IS11.34</td><td></td></tr><tr><td>Modulo laser a diodi accoppiato a fibra</td><td>Laserline GmbH</td><td>LDM1000-500</td><td></td></tr><tr><td>Alimentatore per laser a diodi</td><td>Delta Elektronika B.V.</td><td>SM 15-100</td><td></td></tr><tr><td>Alimentatore per laser a diodi</td><td>Delta Elektronika B.V.</td>Driver del raccoglitore di impulsi <td>SM 35-45</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A, Driver personalizzato</td><td></td></tr><tr><td>Pockels Cell</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A, alimentatore per</td> driver Pulse Picker personalizzato <td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Alimentatore per driver Pockels Cell</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Generatore di ritardo PCI</td><td>Bergmann Messger te Entwicklung KG&nbsp;</td><td></td><td></td>BME_SG08p</tr><tr><td>Splitter Box</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A,</td> preamplificatore risonante personalizzato <td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td></td><td></td>BME_P03</tr><tr><td>Pulse Picker's crystal</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personalizzato</td><td>12*12*20 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Il cristallo di Pockels Cell</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personalizzato</td><td>12*12*20 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Name</td><td>Azienda</td><td>Numero catalogo</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> Testa a disco sottile personalizzata <td></td></tr><tr><td></td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>N/A,</td> prodotti ottici in fibra Frank personalizzati <td></td></tr><tr><td></td><td>GmbH</td><td>N/A,</td> obiettivo in fibra personalizzato <td></td></tr><tr><td></td><td>Edmund Optics GmbH</td><td>N/A, isolatore di</td> Faraday personalizzato <td></td></tr><tr><td></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>Griglia della barella 1</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personalizzato</td><td>60*40*10 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Griglia per barella 2</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personalizzata</td><td>350*190*50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Griglia del compressore 1</td><td>Plymouth Grating Laboratory, Inc.</td><td>N/A, personalizzato</td><td>40*40*16 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Griglia del compressore 2</td><td>Plymouth Grating Laboratory, Inc.</td><td>N/A, personalizzato</td><td>300*100*50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Specchio HR, 1" (1030nm), piatto, 0&deg;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108060</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 1" (1030nm), piatto, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 1" (1030nm), piatto, 45&deg;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108063</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 1" (1030nm), piatto, 45°</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>HR Mirror, 1" (1030nm), curvo</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>HR Mirror, 2" (1030nm), piatto, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 2" (1030nm), piatto, 45&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>Polarizzatore a film sottile (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), cuneo</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-00183-01, S-00988</td><td>&Oslash;=</td></tr><tr><td>Accoppiatore di uscita da 38 mm, 1" (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A, personalizzato</td><td>PR = 88 %</td></tr><tr><td>Specchio ad alta dispersione (1030nm)</td><td>UltraFast Innovations GmbH</td><td>N/A, personalizzato</td><td>GDD = -3000 fs&sup2;</td></tr><tr><td>Lente, 1" (1030nm), Plano-Convex</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>Lens, 1" (1030nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>Lens, 2" (1030nm), Plano-Convex</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>Lens, 2" (1030nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH N</td><td>/A,</td><td>set</td> personalizzato</tr><tr><td>Specchio HR, 1" (515nm), piatto, 0 gradi</td><td>Layertec GmbH</td><td>129784</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 1" (515nm), piatto, 0&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 1" (515nm), piatto, 45 gradi;</td><td>Layertec GmbH</td><td>110924</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 1" (515nm), piatto, 45°</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515</td><td></td></tr><tr><td>HR Mirror, 1" (515nm), curvo</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>HR Mirror, 1" (515nm), curvo</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>HR Mirror, 2" (515nm), piatto, 0&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>HR Specchio, 2" (515nm), piatto, 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515</td><td></td></tr><tr><td>Polarizzatore a film sottile (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>Lens, 1" (515nm), Plano-Convex</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>Lens, 1" (515nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>set personalizzato</td></tr><tr><td>Kerr Medium</td><td>Meller Optics, Inc.</td><td>N/A, zaffiro personalizzato</td><td>, 1mm</td></tr><tr><td>BBO Crystal</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personalizzato</td><td>7*7*1,5 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Separatore armonico, 1", 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-5135</td><td></td></tr><tr><td>Separatore di armoniche, 2", 45 gradi</td><td>Eksma Optics</td><td>045-5135</td><td></td></tr><tr><td>Specchio d'argento, 1", piatto</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>Specchio d'argento, 1", curvo</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>set</td>personalizzato</tr><tr><td>Filtro - Densità neutra assorbente</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NE##A</td><td>set</td></tr><tr><td>Filtro - Filtro riflettente a densità neutra</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>ND##A</td><td></td></tr> -<tr><td> Filtro rotondo a variazione continua</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NDC-50C-4M</td><td></td></tr><tr><td>- Filtro Edgepass (Longpass)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FEL####</td><td>set</td></tr><tr><td>Filtro - Filtro Edgepass (Shortpass)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FES####set</td><td></td></tr> <tr><td>Cuneo</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, set personalizzato</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Azienda </td><td>Numero di catalogo</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Optomechanics & Motion</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Montaggio per specchio 1" (piccolo)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S1M4-##-1"</td><td></td></tr><tr><td>Supporto per specchio 1" (grande)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S3-##</td><td></td></tr><tr><td>Supporto per specchio 1"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>1" regolabile&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Supporto per specchio 2"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S4-##</td><td></td></tr><tr><td>Supporto per specchio 2"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>2" regolabile&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Supporto di rotazione 1"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>D25</td><td></td></tr><tr><td>Supporto girevole 1"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>Supporto rotante 2"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP2/M</td><td></td></tr><tr><td>Stadio di rotazione di precisione</td><td>Newport Corporation</td><td>M-UTR120</td><td></td></tr> Supporto <tr><td>per reticolo di diffrazione a quattro assi</td><td>Newport Corporation</td><td>DGM-1</td><td></td></tr><tr><td>Stadio di traslazione</td><td>OptoSigma Corporation</td><td>TADC-651SR25-M6</td><td></td></tr><tr><td>Stadio cella Pockels</td><td>Newport Corporation</td><td>9082-M</td><td></td></tr> Supporto <tr><td>cella Pockels</td> Kit controller/driver Picomotor fatto <td>in casa</td><td>N/A personalizzato</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Newport Corporation</td><td>8742-12-KIT</td><td></td></tr><tr><td>Attuatori lineari piezoelettrici Picomotor</td><td>Newport Corporation</td><td>8301NF</td><td></td></tr><tr><td>Supporto di rotazione Picomotor</td><td>Newport Corporation</td><td>8401-M</td><td></td></tr><tr><td>Pad di controllo manuale</td><td>Newport Corporation</td><td>8758</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Azienda</td><td>Numero di catalogo</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>Fotodiodi (solw)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>DET10A/M Fotodiodi</td><td></td></tr><tr><td>(veloci)</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>Oscilloscopio</td><td>Tektronix GmbH</td><td>DPO5204</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscopio</td><td>Teledyne LeCroy GmbH</td><td>SDA 760Zi-A</td><td></td></tr><tr><td>Spettrometro</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-ULS3648-USB2</td><td></td></tr><tr><td>Spettrometro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C1769</td><td></td></tr><tr><td>Spettrometro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C3762</td><td></td></tr><tr><td>Spettrometro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D464</td><td></td></tr><tr><td>Spettrometro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D466</td><td></td></tr><tr><td>Sensore di potenza termica laser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td> Sensore di potenza termica laser <td>L50(150)A-PF-35</td><td></td></tr><tr>Sensore di<td>potenza termica laser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>FL500A</td><td></td></tr><tr><td>Sensore di potenza termica</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd Contatore di</td> potenza ed energia <td>3A-P-V1</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>Vega</td><td></td></tr><tr><td>Nome</td><td>Azienda</td><td>Numero di catalogo</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Systems</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sistema di stabilizzazione del raggio laser</td><td>TEM-Messtechnik GmbH</td><td>Aligna</td><td></td></tr><tr><td>Laser M&sup2; Sistema di misura</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>M&sup2;-200s</td><td></td></tr><tr><td>FROG</td><td>Fatto in casa</td><td>N/A, personalizzato</td><td></td></tr><tr><td>XFROG</td><td>Fatto in casa</td><td>N/A, personalizzato</td><td></td></tr><tr><td>Nome</td><td>Azienda</td><td>Numero di catalogo</td><td>Comments</td></tr><tr><td>Varie</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>Cooling Chiller</td><td>Termotek GmbH</td><td>P201</td><td></td></tr><tr><td>Cooling Chiller</td><td>Termotek GmbH</td><td>P208</td><td></td></tr> Laser <tr><td>Safety Goggles</td><td>Protect - Laserschutz GmbH</td><td>BGU 10-0165-G-20</td><td></td></tr><tr><td>Infrarosso Viewer</td><td>FJW Optical Systems</td><td>84499A</td><td></td></tr><tr><td>Scheda di visualizzazione laser</td><td>Thorlabs GmbH</td> Scheda di visualizzazione laser <td>VRC4</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Thorlabs GmbH</td> Scheda di visualizzazione laser <td>VRC5</td><td></td></tr> Laser <tr><td>Components</td><td>GmbH</td><td>LDT-1064 BG</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore di portata</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>DTK-1250G2C34P</td><td></td></tr><tr><td>Manometro</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>IT 837-1</td><td></td></tr><tr><td>Sensore di 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 Versione 2.1 pro.</td><td>Software per cavità laser</td></tr></tbody></table>

20 mj, 1 ps yb: yag amplificatore rigenerativo a disco rigido

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

Si tratta di un rapporto su un amplificatore rigenerativo a disco sottile da 100 W, 20 mJ, 1 ps Yb: YAG. Un sottile disco Yb: YAG in forma casalinga, l&#39;oscillatore bloccato in modalità Kerr a obiettivo con prestazioni a chiave e energia a impulsi a micro-jusle viene utilizzato per seminare l&#39;amplificatore rigenerativo a impulsi a chirped. L&#39;amplificatore è collocato in un alloggiamento ermetico. Funziona a temperatura ambiente e presenta un funzionamento stabile a una frequenza di ripetizione di 5 kHz, con una stabilità impulso-impulso inferiore all&#39;1%. Utilizzando un cristallo di borato di beta borato di spessore di 1,5 mm, la frequenza dell&#39;uscita laser è raddoppiata a 515 nm, con una potenza media di 70 W, che corrisponde ad un&#39;efficienza ottica-ottica del 70%. Questa prestazione superiore rende il sistema una sorgente attraente della pompa per gli amplificatori parametrici a impulsi a impulsi ottici nell&#39;intervallo spettrale a infrarossi ea medio infrarossi. Combinando le prestazioni del turn-key e la stabilità superiore dell&#39;amplificatore rigenerativo, il sistema facilita la generazione di una banda larga, stabile CEPseme. Fornire la sorgente e la pompa dell&#39;amplificazione ottica parametrica a impulsi a chirped (OPCPA) da una sorgente laser elimina la richiesta di sincronizzazione temporale attiva tra questi impulsi. Questo lavoro presenta una guida dettagliata per l&#39;impostazione e l&#39;azionamento di un amplificatore rigenerativo a disco sottile Yb: YAG, basato su amplificazione a impulsi a chirpaggio (CPA), come sorgente della pompa per un amplificatore ottico a impulsi parametrici ottici.

<html> L&#39;oscillatore fornisce 350 fs, 2 μJ, impulsi a 25 W con frequenza di ripetizione di 11 MHz, con una stabilità impulso di impulso pari a 1% (rms) e fluttuazioni a raggio inferiore di 0,6% per 1 h di misura ( Figura 4 ). <img alt="Figura 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig4.jpg" /> Figura 4 : Yb: disco sottile YAG, oscillatore bloccato in modalità Kerr-lens. (A) Lo spettro (rosso), il profilo temporale recuperato intensità (blu), e il profilo spaziale (riquadro) degli impulsi dell&#39;oscillatore. ( B ) misurato e recuperato lo spettrografo SHG-FROG dell&#39;oscillatore. Questa cifra è stata modificata da Fattahi et al. , Con permesso di riferimento 21 .&gt; Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Gli impulsi di semi vengono amplificati nell&#39;amplificatore rigenerativo fino a 125 W mentre vengono pompati con un diodo a fibre ottiche CW a una lunghezza d&#39;onda di 940 nm a 280 W, corrispondente ad un ottico-ottico di efficienza del 47%. La stabilità impulso-impulso dell&#39;amplificatore è inferiore all&#39;1% e l&#39;amplificatore presenta una stabilità a lungo termine eccellente dopo 10 ore di funzionamento continuo. La trave amplificato ha un eccellente profilo spaziale, con M 2 di 1 (M 2 x = 1,08 e M 2 y = 1,07) e un eccellente profilo temporale dopo la compressione a 1 ps (a FWHM) (Figura 5). <img alt="Figura 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig5.jpg" /> Figura 5 : Caratterizzazione dell&#39;amplificatore rigenerativoUscita e l&#39;effetto di restringimento del guadagno. (A) La stabilità dell&#39;amplificatore rigenerativo potenza media dopo 10 ore di funzionamento continuo. Inset: ( a-1 ) Potenza normalizzata al suo valore medio in una finestra temporale di 0,5 h; (A -2 ) Profilo fascio di uscita dell&#39;amplificatore rigenerativo. ( B ) Spettro di uscita dell&#39;amplificatore (verde) e l&#39;intensità temporale recuperata (blu) dell&#39;impulso del laser a 100 W di potenza media dopo il compressore della griglia. ( C ) Energia di semi rispetto alla larghezza di banda spettrale (FWHM) dell&#39;uscita dell&#39;amplificatore e dei giri richiesti per la stessa potenza media di uscita a 300 W di potenza della pompa. Questa cifra è stata modificata da Fattahi et al. , Con permesso di riferimento 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> 25 . Sono stati considerati due diversi cristalli con i seguenti parametri: 1) un triborato di litio (LBO) di tipo I, 6 mm, con un angolo di corrispondenza di fase di 13,7 ° e un coefficiente non lineare di 0,819 pm / V; e 2) Tipo I, BBO di 3 mm di spessore con un angolo di corrispondenza di fase di 23,4 ° e un coefficiente non lineare di 2 pm / V 26 , 27 . 1-ps, impulsi di 20 mJ a 1.030 nm e un&#39;intensità di picco di 100 GW / cm 2 sono stati considerati come l&#39;ingresso della simulazione. I risultati della simulazione hanno mostrato che la performance BBO era superiore a quella del LBO per SHG ( Figura 6 ). <img alt="Figura 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig6.jpg" /> Figura 6 : Seconda generazione armonica. (A) simulato SHG enePer un cristallo LBO di 6 mm e un cristallo BBO di 3 mm di spessore. B ) Efficienza sperimentale SHG rispetto all&#39;intensità di picco della pompa di ingresso in un cristallo BBO di 1,5 mm di spessore usando 0,5 mJ (nero) e 20 mJ (verde) dell&#39;uscita dell&#39;amplificatore. ( C ) l&#39;intensità spettrale recuperata e ( d ) il ritardo del gruppo delle misurazioni XFROG per diverse efficienze SHG corrispondenti ai punti A, B e C in (b). Questa cifra è stata modificata da Fattahi et al. , Con permesso di riferimento 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Viene presentato un protocollo per l&#39;azionamento di una sorgente ottica ad alta potenza e ad alta potenza della pompa ad amplificatore a impulsi a impulsi parametrici basati su un amplificatore rigenerativo a disco rigido Yb: YAG.

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

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'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.

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