20 mJ, 1 ps Yb : YAG Thin-disk 재생 앰프

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.