Name: 20 mJ, 1 ps Yb : YAG Thin-disk 재생 앰프 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: 배우세요 Yb:YAG 씬디스크 재생 앰프의 설계 및 운영 방법을. 이 프로토콜은 고에너지 피코초 펄스를 생성하여 광학 파라메트릭 펄스 증폭기의 프론트 엔드로 활용하는 레이저 시스템을 상세히 설명합니다.

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우리는 Ferenc Krausz 교수와 Najd Altwaijry 교수가 원고 작성을 도와 준 것에 대해 감사드립니다. 이 작업은 CALA (Center for Advanced Laser Applications)에서 지원했습니다.

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발진기의 턴키 작동은 레이저의 다른 구성 요소의 최적 열 관리로 수행됩니다. 오실레이터의 출력은 추가 정렬이나 최적화가 필요없이 매일 반복 재생이 가능합니다. 또한, 펄스 레이저 펄스 에너지 안정성 및 공간 포인팅 안정성은 재생 증폭기의 안정적인 작동을 달성하기위한 전제 조건을 충족시킵니다. 파이버 증폭기와 같은 다른 저에너지 종자 소스를 사용하여 증폭기를 시드 할 수 있습니다. 이 연구에서는 축적 된 비선형 위상의 성장을 줄임으로써 재생 증폭기의 증폭을 돕기 위해 2μJ Yb : YAG 박막 디스크 KLM 발진기가 사용되었는데, 이는 높은 입력 종자 에너지에 대해 필요한 왕복 횟수가 줄어들었기 때문입니다 . 또한 시드 에너지가 높을수록 증폭 과정에 영향을 미치고 게인을 줄입니다. 증폭 된 펄스의 측정 된 스펙트럼 대역폭고정 된 펌프 출력에서의 상이한 시드 에너지에 대한 결과가 도 5c에 도시되어 있다 . 이득 감소로 인해 증폭 된 스펙트럼 대역폭은 낮은 종자 에너지에 대해 감소합니다. 10 pJ의 시드 에너지의 경우 레이저는 두 배가되는 기간에 작동하며 왕복 횟수를 늘려도 안정적인 작동에 도달 할 수 없습니다. 냉각 시스템과 다이오드의 전원 공급 장치를주의 깊게 최적화하는 것 외에도 포화 상태에서 재생 앰프의 작동은 앰프의 안정성을 달성하는 데 중요한 역할을합니다. 레이저의 기본 또는 2 차 고조파는 OPCPA 시스템을 펌핑하는 데 사용될 수 있습니다. SHG의 경우, LBO와 BBO 결정의 성능은 큰 비선형 계수와 손상 임계 값을 제공하기 때문에 비교되었다. BBO의 경우에는 더 큰 공간 워킹 오프와 제한된 가용 개구에도 불구하고. BBO의 비선형 계수가 LBO의 비선형 계수의 거의 두 배이므로, 더 짧은 결정은SHG ( 그림 6a )의 포화 한계에 도달하기에 적합합니다. 누적 비선형 위상이 28 작다 따라서, BBO가 더 적합한 선택이다. SH 펄스의 펄스 지속 시간은 상이한 변환 효율에서 실험적으로 특성화됩니다. 높은 변환 효율에서는 SHG 스펙트럼이 넓어지고 고차 스펙트럼 위상이 나타난다는 것이 관찰되었습니다 ( 그림 6 ). 따라서 변환 효율이 70 % 인 사례 B는 SH 및 변환되지 않은 기본 빔이 우수한 품질을 유지하는 경우에 선택됩니다.

높은 반복률의 고 에너지, 소수 사이클 레이저 펄스의 생성은 attosecond science 1 , 2 , 3 , 4 및 직접적으로 이익을 얻는 대장학 물리 5 , 6 과 같은 응용 분야에 큰 관심을 끈다. 그러한 출처의 가용성으로부터. OPCPA 동시에 몇 사이클 펄스 1을 지원 높은 펄스 에너지와 큰 증폭 대역폭을 달성하기위한 가장 유망한 경로를 나타낸다. 현재까지 OPCPA는 초 광대역 증폭이 가능하여 7 , 8 , 9 , 10 번의 펄스를 생성합니다. 그러나 피코 초 단위로 짧은 펌프 펄스를 사용하는 OPCPA 방식의 수정 된 구현은훨씬 더 높은 펄스 에너지와 소수의 사이클 체제 1, 11, 12의 평균 전력에 대한 이러한 접근은 확장하기. 단 펄스로 펌핑 된 OPCPA에서 높은 펌프 강도로 인해 높은 단일 패스 게인은 매우 넓은 크리스털 대역폭을 지원하기 위해 매우 얇은 크리스털을 사용할 수 있습니다. 짧은 펄스로 펌핑 된 OPCPA에는 많은 장점이 있지만,이 접근법의 실현 가능성은이 목적을 위해 특별히 고안된 레이저의 가용성에 달려 있습니다. 이러한 펌프 레이저는 kHz에서 MHz 범위 13 , 14 , 15의 반복 속도에서 거의 회절 제한된 빔 품질의 고 에너지 피코 초 펄스를 전달해야합니다. 고 에너지 및 높은 평균 출력으로 피코 초 레이저 펄스를 전달할 수있는 여러 가지 형상의 이터 븀 도핑 된 레이저 도입필드 1 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 의 현재 상태를 변경하려고합니다. Yb : YAG는 열전도율이 우수하고 상온 수명이 길며 경제적 인 다이오드 레이저로 펌핑 할 수 있습니다. 얇은 디스크 지오메트리에서 사용할 때의 성능은 피크 미디어와 평균 파워를 동시에 조정할 수있는 이득 매체의 효율적인 냉각으로 인해 탁월합니다. 더욱이, 증폭 과정 동안 이득 매질 내부에서 자체 집광의 발생은 다른 이득 매체 구조와 비교하여 얇은 디스크의 가늘어 짐으로 인해 억제되어, 증폭 된 펄스의 우수한 시간 및 공간 프로파일을 초래한다. CPA와 함께이 개념을 결합하면 수백 밀리 줄의 에너지와 수백 개의 피코 초 펄스를 생성 할 수 있습니다.평균 전력 19 , 20 와트 OPCPAs (21)를 펌핑에 적합한 소스로 뛰어난 일일 실적과 YAG 얇은 디스크 재생 앰프 : 본 연구의 목적은 턴키 YB을 설명하는 것입니다. 이 목표를 달성하기 위해이 연구에서는 증폭 과정에서 누적 된 비선형 위상을 최소화하기 위해 증폭기를 시드하기 위해 펄스 에너지의 몇 마이크로 주울을 갖는 Yb : YAG 박막 디스크 발진기 22 를 사용합니다. 이 프로토콜은 다른 곳에서 설명 된 레이저 시스템을 구축하고 작동시키는 방법을 제공합니다 21 . 구성 요소 구현 및 제어 소프트웨어에 대한 세부 사항이 제시되고 시스템의 정렬 프로세스가 설명됩니다.

<table><tbody><tr><td>Electrooptics</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fiber-Coupled Diode Laser Module</td><td>Dilas Diodenlaser GmbH</td><td>M1F8H12-940.5-500C-IS11.34</td><td></td></tr><tr><td>파이버 결합 다이오드 레이저 모듈</td><td>Laserline GmbH</td><td>LDM1000-500</td><td></td></tr><tr><td>다이오드 레이저용 전원 공급 장치</td><td>Delta Elektronika B.V.</td><td>SM 15-100</td><td></td></tr><tr>다이오드 레이저 <td>델타 Elektronika BV</td><td>용 전원 공급 장치</td><td>SM 35-45</td><td></td></tr><tr><td>펄스 피커의 드라이버</td><td>Bergmann Messger&auml; 테 엔트위클렁 KG&nbsp;</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>Pockels Cell의 드라이버</td><td>Bergmann Messger&auml; 테 엔트위클렁 KG&nbsp;</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>펄스 피커의 드라이버 전원 공급 장치</td><td>Bergmann Messger&auml; 테 엔트위클렁 KG&nbsp;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Pockels Cell의 드라이버 전원 공급 장치</td><td>Bergmann Messger&auml; 테 엔트위클렁 KG&nbsp;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>지연 발생기 PCI</td><td>Bergmann Messger&auml; 테 엔트위클렁 KG&nbsp;</td><td></td><td></td>BME_SG08p</tr><tr><td>스플리터 박스</td><td>Bergmann Messger&auml; 테 엔트위클렁 KG&nbsp;</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>공진 프리앰프</td><td>Bergmann Messger&auml; 테 엔트위클렁 KG&nbsp;</td><td></td><td></td>BME_P03</tr><tr><td>펄스 피커의 크리스탈</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>12*12*20 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Pockels 세포의 결정</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>12*12*20 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>카탈로그 번호</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, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>얇은 디스크 헤드</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>파이버</td><td>프랭크 광학 제품 GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>파이버 대물</td>렌즈 <td>Edmund Optics GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>패러데이 아이솔레이터</td><td>Electro-Optics Technology, Inc</td><td>EOT.189.12231</td><td></td></tr><tr><td>패러데이 회전자</td><td>전기 광학 기술, Inc</td><td>EOT.189.22040</td><td></td></tr><tr><td>들것의 격자 1</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>60*40*10 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Stretcher's Grating 2</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>350*190*50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>압축기의 격자 1</td><td>Plymouth Grating Laboratory, Inc.</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>40*40*16 mm&sup3;</td></tr><tr><td>압축기의 격자 2</td><td>플리머스 격자 연구소, Inc.</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>300*100*50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>HR 미러, 1"(1030nm), 평면, 0°C;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108060</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 1"(1030nm), 평면, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 1" (1030nm), 평면, 45°;</td><td>Layertec GmbH</td><td>108063</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 1"(1030nm), 평면, 45°C;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 1" (1030nm), 곡선</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>HR 미러, 2" (1030nm), 평면, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 2" (1030nm), 평면, 45도;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>박막 편광판 (1030nm), 2"</td><td>Layertec GmbH</td><td>103930</td><td></td></tr><tr><td>웨이브 플레이트 L/2 (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td></td> <td>106058&Oslash;=25mm</td></tr><tr><td>웨이브 플레이트 L/4 (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>106060</td><td>&Oslash;=25mm</td></tr><tr><td>AR 윈도우 (1030nm), 쐐기</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-00183-01, S-00988</td><td>&Oslash; = 38mm</td></tr><tr><td>출력 커플러, 1" (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>PR = 88 %</td></tr><tr><td>고분산 미러 (1030nm)</td><td>UltraFast Innovations GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>GDD = -3000 fs&sup2;</td></tr><tr><td>렌즈, 1"(1030nm), Plano-Convex</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>렌즈, 1"(1030nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>세트 렌즈, 2"(1030nm), Plano-Convex</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>세트 렌즈, 2"(1030nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>HR 미러, 1"(515nm), 평면, 0°C;</td><td>Layertec GmbH</td><td>129784</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 1"(515nm), 평면, 0&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 1" (515nm), 평면, 45도;</td><td>Layertec GmbH</td><td>110924</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 1"(515nm), 평면, 45°C;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515</td><td></td></tr><tr><td>HR Mirror, 1" (515nm), 곡선형</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>HR Mirror, 1" (515nm), 곡선형</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>HR Mirror, 2" (515nm), 평면, 0&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515-i0</td><td></td></tr><tr><td>HR 미러, 2" (515nm), 평면, 45도;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515</td><td></td></tr><tr><td>박막 편광판 (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>렌즈, 1" (515nm), Plano-Convex</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>렌즈, 1" (515nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>Kerr 미디엄</td><td>Meller 광학, Inc.</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>사파이어, 1mm</td></tr><tr><td>BBO 크리스탈</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>7*7*1.5 mm&sup3;</td></tr><tr><td>고조파 분리기, 1", 45°C;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-5135</td><td></td></tr><tr><td>조화 분리기, 2", 45°C;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-5135</td><td></td></tr><tr><td>실버 미러, 1", 플랫</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>실버 미러, 1", 곡선형</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A, 맞춤형</td><td>세트</td></tr><tr><td>필터 - Absorptive Neutral Density</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NE##A</td><td>세트</td></tr><tr><td>필터 - Reflective Neutral Density</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>ND##A</td><td>세트</td></tr><tr><td>필터 - 라운드 연속 가변</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NDC-50C-4M</td><td></td></tr><tr><td>필터 - 에지 패스 필터 (롱 패스)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FEL####</td> <td>세트</td></tr><tr><td>필터 - 에지 패스 필터 (쇼트 패스)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>FES####</td> <td>세트</td></tr><tr><td>웨지</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N / A, 사용자 정의</td><td>세트</td></tr> <tr><td>Name</td><td>Company </td><td>카탈로그 번호</td><td>코멘트</strong</td></tr><tr><td>>Optomechanics & 모션</스트롱></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>미러 마운트 1" (스몰)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S1M4-##-1"</td><td></td></tr><tr><td>미러 마운트 1" (대)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S3-##</td><td></td></tr><tr><td>미러 마운트 1"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>1" 조절 가능&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>미러 마운트 2"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S4-##</td><td></td></tr><tr><td>미러 마운트 2"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>2" 조절 가능&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>로테이션 마운트 1"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>D25</td><td></td></tr><tr><td>회전 마운트 1"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>회전 마운트 2"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP2/M</td><td></td></tr><tr><td>정밀 회전 스테이지</td><td>Newport Corporation</td><td>M-UTR120</td><td></td></tr><tr><td>4축 회절 격자 마운트</td><td>Newport Corporation</td><td>DGM-1</td><td></td></tr><tr><td>변환 스테이지</td><td>OptoSigma Corporation</td><td>TADC-651SR25-M6</td><td></td></tr><tr><td>Pockels 셀 스테이지</td><td>Newport Corporation</td><td>9082-M</td><td></td></tr><tr><td>Pockels 셀 홀더</td><td>집에서 만든</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>피코모터 컨트롤러/드라이버 키트</td><td>Newport Corporation</td><td>8742-12-KIT</td><td></td></tr><tr><td>피코모터 피에조 선형 액추에이터</td><td>Newport Corporation</td><td>8301NF</td><td></td></tr><tr><td>Picomotor 회전 마운트</td><td>Newport Corporation</td><td>8401-M</td><td></td></tr><tr><td>핸드 컨트롤 패드</td><td>Newport Corporation</td><td>8758</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>카탈로그 번호</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>빔 프로파일링 카메라</td><td>DataRay Inc.</td><td>WCD-UCD23</td><td></td></tr><tr><td>포토다이오드 (솔)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>DET10A/M</td><td></td></tr><tr><td>포토다이오드 (fast)</td><td>Alphalas GmbH</td><td>UPD-200-SP</td><td></td></tr><tr><td>박막 디스크 카메라</td><td>이미징 개발 시스템 GmbH</td><td>UI-2220SE-M-GL</td><td></td></tr><tr><td>오실로스코프</td><td>Tektronix GmbH</td><td>DPO5204</td><td></td></tr><tr><td>오실로스코프</td><td>Teledyne LeCroy GmbH</td><td>SDA 760Zi-A</td><td></td></tr><tr><td>분광계</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-ULS3648-USB2</td><td></td></tr><tr><td>분광계</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C1769</td><td></td></tr><tr><td>분광계</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C3762</td><td></td></tr><tr><td>분광계</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D464</td><td></td></tr><tr><td>분광계</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D466</td><td></td></tr><tr><td>레이저 열 전력 센서</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>L50(150)A-PF-35</td><td></td></tr><tr><td>레이저 열 전력 센서</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>FL500A</td><td></td></tr><tr><td>레이저 열 전력 센서</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>3A-P-V1</td><td></td></tr><tr><td>전력 및 에너지 미터</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>Vega</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>카탈로그 번호</td><td>코멘트</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; 측정 시스템</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>M&sup2;-200s</td><td></td></tr><tr><td>FROG</td><td>집에서 만든</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>XFROG</td><td>집에서 만든</td><td>N/A, 맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>Name</td><td>Company</td><td>카탈로그 번호</td><td>Comments</td></tr><tr><td>기타</강력></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>냉각 냉각기</td><td>H.I.B Systemtechnik GmbH</td><td>6HE-000800-W-W-R23-2-DI</td><td></td></tr><tr><td>냉각 냉각기</td><td>Termotek GmbH</td><td>P201</td><td></td></tr><tr><td>냉각 냉각기</td><td>Termotek GmbH</td><td>P208</td><td></td></tr><tr><td>레이저 안전 고글</td><td>보호 - Laserschutz GmbH</td><td>BGU 10-0165-G-20</td><td></td></tr><tr><td>적외선 뷰어</td><td>FJW Optical Systems</td><td>84499A</td><td></td></tr><tr><td>레이저 보기 카드</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC4</td><td></td></tr><tr><td>레이저 보기 카드</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC5</td><td></td></tr><tr><td>레이저 보기 카드</td><td>레이저 구성 요소 GmbH</td><td>LDT-1064 BG</td><td></td></tr><tr><td>유량계</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>DTK-1250G2C34P</td><td></td></tr><tr><td>압력 게이지</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>KO 837-1</td><td></td></tr><tr><td>온도 센서</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>TDA-15H* ***P3M</td><td></td></tr><tr><td>WinLase 소프트웨어</td><td>Dr. C. Horvath & Dr. F. Loesel</td><td>WinLase 버전 2.1 pro.</td><td>레이저 캐비티 소프트웨어</td></tr></tbody></table>

20 mj, 1 ps yb : yag thin-disk 재생 앰프

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

이 보고서는 100W, 20mJ, 1ps Yb : YAG 박막 디스크 재생 증폭기에 대한 보고서입니다. 수제 Yb : YAG 박막 디스크, 턴 - 키 성능 및 마이크로 줄 레벨 펄스 에너지를 갖는 Kerr-lens 모드 고정 발진기는 재생성 Chirped-Pulse 증폭기를 시드하는 데 사용됩니다. 앰프는 밀폐 된 하우징에 설치됩니다. 실온에서 작동하며 펄스 - 펄스 안정성이 1 % 미만인 5kHz 반복 속도에서 안정적인 작동을 보입니다. 1.5mm 두께의 베타 바륨 붕산염 결정체를 사용함으로써, 레이저 출력의 주파수는 515nm로 두 배가되고 평균 전력은 70W로 광학 - 광학 효율은 70 %에 해당한다. 이 우수한 성능으로 시스템은 근적외선 및 중 적외선 스펙트럼 범위의 광 파라 메트릭 처프 펄스 펄스 증폭기의 매력적인 펌프 소스가됩니다. 턴 - 키 성능과 재생 앰프의 탁월한 안정성을 결합한이 시스템은 광대역의 CEP 안정화씨. 하나의 레이저 소스로부터 OPCPA (optical parametric chirped-pulse amplification)의 시드 및 펌프를 제공하면 이러한 펄스 사이의 활성 시간 동기화 요구가 사라집니다. 이 작품은 광학 매개 변수 처프 펄스 증폭기의 펌프 소스로 Chirped-Pulse Amplification (CPP)에 기반한 Yb : YAG 박막 디스크 재생 증폭기를 설치하고 작동하는 방법에 대한 자세한 안내를 제공합니다.

<html> 오실레이터는 11MHz 반복 속도에서 350fs, 2μJ, 25W 펄스를 제공하며 펄스 투 펄스 (pulse-to-pulse) 안정성이 1 % (rms)이고 빔 포인팅 요동이 1 시간 동안 0.6 % 미만입니다 ( 그림 4 ). <img alt="그림 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig4.jpg" /> 그림 4 : Yb : YAG 박막 디스크, Kerr 렌즈 모드 잠금 오실레이터 ( a ) 발진기 펄스의 스펙트럼 (적색), 검색된 시간 강도 프로파일 (파란색) 및 공간 프로파일 (삽입). ( b ) 오실레이터의 SHG-FROG 분광기 측정 및 검색. 이 수치는 Fattahi et al. 참조 21의 허가를 얻어야한다.&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 시드 펄스는 280W에서 940nm의 파장에서 CW 광 결합 다이오드로 펌핑되는 동안 재생 증폭기에서 125W로 증폭되며 47 %의 광 대 광 효율에 해당합니다. 증폭기의 펄스 - 펄스 안정성은 1 % 미만이며, 연속 동작 10 시간 후 우수한 장기 안정성을 보입니다. 증폭 된 빔은 M 2 가 1 (M 2 x = 1.08 및 M 2 y = 1.07)이고 압축 후 1 ps (FWHM에서)에 우수한 시간 프로파일을 갖는 우수한 공간 프로파일을 갖는다 ( 그림 5 ). <img alt="그림 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig5.jpg" /> 그림 5 : 재생 앰프의 특성출력 및 게인 - 감소 효과가있다. ( a ) 연속 운전 10 시간 후 재생 증폭기 평균 전력의 안정성. 삽입 : ( a-1 ) 평균 시간에 0.5 시간의 평균 전력으로 정규화 된 전력; ( a-2 ) 회생 증폭기의 출력 빔 프로파일. ( b ) 격자 압축기 이후 평균 출력 100W에서 레이저 출력 스펙트럼 (녹색) 및 검색된 시간 강도 (청색). ( c ) 증폭기 출력의 종단 에너지 대 스펙트럼 대역폭 (FWHM) 및 펌프 출력 300W에서 동일한 출력 평균 전력에 대해 요구되는 왕복 시간. 이 수치는 Fattahi et al. 참조 21의 허가를 얻어야한다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 25를 사용하여 분석되었습니다. 다음과 같은 파라미터를 가진 두 개의 다른 결정이 고려되었다 : 1) 위상 정합 각이 13.7 °이고 비선형 계수가 0.819 pm / V 인 I 형, 6 mm 두께의 리튬 트리 보레이트 (LBO) 및 2) 타입 -1, 23.4 °의 위상 정합 각 및 2 pm / V의 비선형 계수 26 , 27 을 갖는 3mm 두께의 BBO. 1030 nm에서 1 ps, 20 mJ 펄스 및 100 GW / cm 2 의 피크 강도가 시뮬레이션의 입력으로 고려되었다. 시뮬레이션 결과 BBO 성능은 SHG의 LBO 성능보다 우수함이 확인되었습니다 ( 그림 6 ). <img alt="도 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig6.jpg" /> 그림 6 : 2 차 고조파 생성. ( a ) Simulated SHG ENE6mm 두께의 LBO 결정체와 3mm 두께의 BBO 결정체의 경우 rgy. ( b ) 증폭기 출력의 0.5 mJ (흑색) 및 20 mJ (녹색)를 사용하는 1.5 mm 두께의 BBO 결정에서의 실험적 SHG 효율 대 입력 펌프 피크 강도. ( c ) ( b )의 점 A, B 및 C에 대응하는 상이한 SHG 효율에 대한 검색된 스펙트럼 강도 및 ( d ) XFROG 측정의 군 지연. 이 수치는 Fattahi et al. , 참고 문헌 21의 허가를 얻어서 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

Yb : YAG 박막 디스크 재생 증폭기를 기반으로하는 고 에너지, 고출력 광 파라 메트릭 처프 펄스 증폭기 펌프 소스의 작동을위한 프로토콜이 여기에 제시됩니다.

20 mJ, 1 ps Yb : YAG Thin-disk 재생 앰프

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 ...

이 프로토콜의 전반적인 목표는 퓨즈 사이클 광학 파라메트릭 처프 펄스 증폭기의 프런트 엔드로서 고에너지, 고출력, Yb:Yag 박막 디스크 재생 증폭기의 설계 및 작동을 시연하는 것입니다. 이테르븀 YAG 박막 디스크 레이저는 광학 파라메트릭 처프 펄스 증폭기 또는 소위 3세대 펨토초 기술과 결합되어 높은 에너지와 평균 전력에서 동시에 하위 사이클에서 몇 사이클 펄스를 생성할 수 있는 기회를 제공합니다. 이 영화에서 논의된 레이저 시스템의 주요 장점은 피코초만큼 짧은 레이저 펄스에 대해 동시에 평균 출력과 큰 출력을 얻을 수 있다는 것입니다.이 레이저는 몇 가지 사이클 레이저의 펌프 역할을 할 수 있지만 자외선에서 중적외선까지 광범위하게 조정 가능한 레이저와 같은 다른 시스템의 프런트 엔드로도 사용할 수 있습니다. 이 벤치는 실험 설정의 여러 단계를 유지합니다. 단계는 회로도를 사용하여 가장 잘 이해할 수 있습니다.오실레이터, 들것, 재생 증폭기 및 압축기 단계의 라벨링에 유의하십시오. 먼저 발진기 단계에 초점을 맞춥니다. 13 미터 선형 캐비티는 사파이어 커퍼 매체와 같은 구리 하드 조리개와 13 % 전송 출력 커플러를 가지고 있습니다.이 미러 시스템에는 3개의 고분산 미러와 음의 곡률 반경을 가진 2개의 미러가 포함됩니다. 이테르븀 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 박막 디스크 증폭기에 결합된 광섬유 결합 다이오드를 통해 발진기를 펌핑합니다. 출력 커플러 이후, 바륨 붕소 산화물 결정은 펄스 스트레처 스테이지를 위한 펄스 피커 역할을 합니다.펄스 스트레처는 시드 펄스를 약 2나노초까지 일시적으로 늘립니다. 다음으로 펄스는 재생 증폭기 단계로 들어갑니다. 거기에서 시드 펄스는 증폭기 캐비티에 유지됩니다.캐비티에는 바륨 붕소 산화물 결정이 있는 고전압 Pockels 셀이 있습니다. 재생 증폭기는 광섬유 결합 다이오드에 의해 펌핑되는 다른 이테르븀 도핑, 이트륨 알루미늄 가넷 얇은 디스크를 사용합니다. 마지막 단계는 증폭된 펄스가 1피코초로 압축되는 펄스 압축기 단계입니다.시스템 전반에 걸쳐 펌프 다이오드, 얇은 디스크 헤드 및 브레드 보드에는 냉각 상태를 유지하기 위해 냉각기가 필요합니다. 시스템의 수냉을 시작하여 시작하십시오. 발진기 구성 요소에 대한 물 흐름과 냉각 냉각기를 켭니다.냉각기 제어 장치에서 펌프 다이오드 전원 공급 장치로 이동하여 켭니다. 다음으로 펌프 다이오드 출력을 켭니다. 전류를 조정하여 연속파 모드에서 940나노미터의 얇은 디스크를 펌핑합니다.이 시점에서, 펄스 피커보다 먼저 출력 스펙트럼을 관찰하도록 배열합니다. 광섬유를 분광계에 연결하고 빔 경로에 배치합니다. 스펙트럼의 중심은 1030나노미터입니다.스펙트럼을 관찰한 후 광섬유를 동일한 위치에 있는 파워 미터로 교체하십시오. 연속파 모드의 출력 전력을 관찰하십시오. 다음으로 펄스 모드 작동 및 모드 잠금으로 이동합니다.변환 단계에 있는 오실레이터 미러에서 작업합니다. 무대 뒤에서 무대를 기계적으로 밀어 거울을 흔들어보세요. 다시 한 번, 펄스 모드가 시작된 후 펄스 피커 이전의 출력 스펙트럼을 관찰합니다.스펙트럼의 중심은 1030나노미터이며 대역폭은 약 4나노미터입니다. 다음으로 다시 한 번 출력 전력을 관찰합니다. 이제 오실로스코프로 출력 펄스 지형을 관찰할 준비를 합니다.적절한 감쇠를 사용하여 고속 포토다이오드를 오실로스코프에 연결합니다. 이전과 마찬가지로 펄스 피커를 사용하기 전에 측정을 수행합니다. 빔 경로에 포토다이오드를 배치합니다.오실로스코프에서 트리거 레벨 노브를 조정하여 반복되는 파형을 안정화하고 출력 펄스 트레인을 관찰할 수 있도록 합니다. 이 관측값의 피크 대 피크 진폭을 사용하여 펄스 대 펄스 안정성을 구합니다. 그런 다음 빔 경로의 포토다이오드를 빔 프로파일러로 대체합니다.빔 프로파일러 소프트웨어를 사용하여 빔 프로파일을 표시하고 빔 포인팅 안정성 측정을 수행할 수 있습니다. 먼저 소프트웨어를 구성하여 펄스 피커 작업을 진행하십시오. 거기에서 전자 장치로 이동합니다.펄스 피커 크리스탈에 대한 고전압을 켜서 반복률을 생성합니다. 펄스 피커 후 박막 편광판을 사용하여 펄스를 선택합니다. 이 종자 펄스는 격자 들것을 통과한 다음 재생 증폭을 거칩니다.냉각 시스템을 시작하여 재생 증폭기를 준비합니다. 냉각수를 켜고 레이저 헤드와 Pockels 셀의 냉각기를 설정합니다. Pockels 셀 컴퓨터에서 Pockels 셀 소프트웨어를 시작합니다.Pockels 셀 드라이버의 전원 공급 장치로 이동하여 켭니다. 그런 다음 펌프 다이오드 장치의 전원을 켜고 다이오드 출력을 시작합니다. 전원 공급 장치의 전류를 조정하여 시드 펄스를 증폭합니다.다음으로, 압축기 단계 앞의 위치를 선택하여 출력을 관찰합니다. 스펙트럼 분석기와 광섬유를 사용하여 재생 증폭기의 스펙트럼을 관찰합니다. 완료되면 전력계에서 출력 전력을 읽습니다.압축기 s의 이 시점에서 전력 판독값을 기록하십시오.tage. 스펙트럼 분석기를 오실로스코프에 연결된 고속 포토다이오드로 교체합니다. 오실로스코프 화면에서 펄스 트레인을 관찰한 다음 펄스 대 펄스 안정성을 확인합니다.고속 포토다이오드를 빔 프로파일러로 교체한 후 출력 빔 프로파일을 관찰하고 빔 포인팅 변동을 측정합니다. 증폭 후 압축기 단계를 통해 출력 펄스를 보냅니다. 여기서 이것은 전동 회전 마운트가 있는 반파 플레이트로 수행됩니다.몇 와트의 레이저 출력이 통과할 수 있도록 마운트의 컨트롤을 조정합니다. 다음으로 경로에서 빔 안정기를 제자리에 놓고 정렬합니다. 스태빌라이저를 켠 상태에서 소프트웨어를 사용하여 레이저 빔을 잠그고 빔 드리프트를 방지합니다.이제 반파 플레이트로 돌아가서 전체 ampliifier 출력. 펄스는 압축기 스테이지로 이동하여 1피코초로 압축됩니다. 최종 광학 요소는 이 회로도에 표시됩니다.압축기 단계 후, 파라메트릭 처프 펄스 증폭을 위해 빔을 준비합니다. 벤치에서 망원경을 사용하여 기둥을 만들고 빔 크기를 조정합니다. 빔 프로파일러에서 빔에 대한 피드백을 얻습니다.기본 빔을 비선형 결정을 통해 안내하여 두 번째 고조파를 생성합니다. 기본 빔에서 두 번째 조화 빔을 분리하기 위해 45도에서 조화 분리기를 갖습니다. 빔 프로파일러를 사용하여 두 번째 조화 빔의 가우스 빔 프로파일과 변환되지 않은 기본 빔의 프로파일을 관찰할 수 있습니다.이것은 재생 증폭기의 출력 빔 프로파일입니다. 시드 펄스는 125W로 증폭되는 동시에 280W의 연속파로 펌핑됩니다. 시간 함수로서의 회생 증폭기의 전력 출력 플롯은 45%의 광학 효율로 작동하면서 시스템의 안정성을 보여줍니다.여기서 증폭기 스펙트럼은 녹색으로 표시되며 플롯 상단을 따라 수평 축이라고 합니다.절반 최대값에서 1피코초 전체 너비로 압축한 후 검색된 시간 강도는 아래쪽 수평 축을 사용하여 파란색으로 표시됩니다. 이 두 곡선은 1.5mm 두께의 바륨 산화붕소 결정에서 실험용 2차 고조파 생성 효율 대 입력 펌프 피크 강도를 제공합니다. 검은색 곡선은 0.5밀리줄의 증폭기 출력에 대한 것입니다.녹색 곡선은 20밀리줄의 증폭기 출력에 대한 것입니다. A, B, C로 표시된 점은 서로 다른 피크 강도에서 서로 다른 2차 고조파 생성 효율을 레이블로 지정합니다. 다음은 레이블이 지정된 각 값에 대해 검색된 스펙트럼 강도 플롯입니다.A는 빨간색, B는 주황색, C는 파란색으로 플롯됩니다. 이 레이저는 광대역 광학 파라메트릭 증폭기 또는 고조파 생성 시스템과 결합될 때 더 높은 에너지와 평균 전력에서 아토초 펄스 또는 펨토초 펄스를 생성할 수 있습니다. 이러한 매개변수는 연구자들이 예를 들어 빠른 시간 규모로 광 구동 전자 장치를 탐구할 수 있는 새로운 시대를 열어줍니다.이 비디오를 시청한 후에는 고출력, 고에너지 이테르븀:YAG 박막 디스크 레이저가 어떻게 설계되고 작동되는지 잘 이해하게 될 것입니다. 고에너지, 고출력 레이저로 작업하는 것은 매우 위험하고 먼지에 민감할 수 있다는 것을 잊지 마십시오. 따라서 이 레이저를 작동하는 동안 항상 보안경 및 클린룸 코트와 같은 예방 조치를 사용해야 합니다.

20-mj-1-ps-ybyag-thin-disk-regenerative-amplifier

Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

문서는 임의의 변조, 파장, 및 데이터 레이트와 광 데이터 패킷을 저장하는 절차를 설명한다. 이러한 패킷은 현대 통신의 기초가된다.

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20 mJ, 1 ps Yb : YAG Thin-disk 재생 앰프

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