20 mJ, 1 ps Yb:YAG Wzmacniacz regeneracyjny cienkodyskowy

Ogólnym celem tego protokołu jest zademonstrowanie projektu i działania wysokoenergetycznego, wysokoenergetycznego wzmacniacza regeneracyjnego z cienkim dyskiem Yb:Yag jako front-end dla optycznych parametrycznych wzmacniaczy impulsowych z ćwierkaniem w cyklu bezpiecznikowym. Lasery cienkotarczowe ytterbowo-jonowe YAG w połączeniu z optycznymi parametrycznymi wzmacniaczami impulsów ćwierkowych, czyli tzw. technologią femtosekundową trzeciej generacji, dają nam szansę na jednoczesne generowanie impulsów podcyklicznych do kilkucyklowych przy wysokiej energii i średniej mocy. Główną zaletą omawianego w tym filmie systemu laserowego jest owa zdolność do jednoczesnego uzyskiwania średniej mocy i dużej mocy dla impulsów laserowych o czasie tak krótkim, jak pikosekundy.

Chociaż laser ten może służyć jako pompa do laserów o kilku cyklach, może być również używany jako front end innych systemów, takich jak lasery ultrafioletowe do średniej podczerwieni, które można przestrajać. Na tych stanowiskach znajdują się różne etapy przygotowania do eksperymentu. Etapy najlepiej zrozumieć za pomocą schematu.

Zwróć uwagę na oznaczenia oscylatora, noszy, wzmacniacza regeneracyjnego i stopni sprężarki. Najpierw skup się na stopniu oscylatora. Jest to 13-metrowa wnęka liniowa z twardą miedzianą aperturą, jako szafirowym medium cur i 13% łącznikiem wyjściowym transmisji.

System zwierciadeł składa się z trzech zwierciadeł o wysokiej dyspersji oraz dwóch zwierciadeł o ujemnym promieniu krzywizny. Pompuj oscylator za pomocą diod sprzężonych ze światłowodami sprzężonych ze wzmacniaczem cienkotarczowym z granatu itrowo-aluminiowego domieszkowanego iterem. Po sprzęgaczu wyjściowym kryształ tlenku boru baru służy jako selektor impulsów dla stopnia napinacza impulsów.

Napinacz impulsów tymczasowo rozciąga impulsy nasion do około dwóch nanosekund. Następnie impuls wchodzi w fazę wzmacniacza regeneracyjnego. Tam impuls zasiewu jest utrzymywany we wnęce wzmacniacza.

We wnęce znajduje się wysokonapięciowe ogniwo Pockelsa z kryształem tlenku boru baru. Wzmacniacz regeneracyjny wykorzystuje inny cienki dysk granatu itrowo-aluminiowego domieszkowanego iterbem, który jest pompowany przez diody sprzężone ze światłowodami. Ostatnim etapem jest stopień kompresora impulsów, w którym wzmocnione impulsy są kompresowane do jednej pikosekundy.

Należy pamiętać, że w całym systemie diody pompy, głowice z cienkimi dyskami i płytka stykowa wymagają agregatów chłodniczych, aby utrzymać je w chłodzie. Zacznij od uruchomienia chłodzenia wodnego systemu. Włącz przepływ wody i agregaty chłodnicze dla elementów oscylatora.

Ze sterownika agregatu przejdź do zasilania diody pompy i włącz ją. Następnie włącz wyjście diody pompy. Dostosuj prąd, aby pompować cienki dysk o długości 940 nanometrów w trybie fali ciągłej.

W tym momencie ułóż obserwację widma wyjściowego przed selektorem impulsów. Podłącz światłowód do spektrometru i umieść go na ścieżce wiązki. Środek widma znajduje się na 1030 nanometrach.

Po obserwacji widma wymień światłowód na miernik mocy w tym samym miejscu. Obserwuj moc wyjściową trybu fali ciągłej. Następnie przejdź do trybu pulsacyjnego i blokowania trybów.

Pracuj przy lustrze oscylatora, które znajduje się na etapie translacji. Zaburz lustro, mechanicznie popychając stolik od tyłu. Jeszcze raz obserwuj widmo wyjściowe przed pickerem impulsów po zainicjowaniu trybu pulsacyjnego.

Środek widma znajduje się na 1030 nanometrach przy szerokości pasma około czterech nanometrów. Następnie, po raz kolejny, obserwuj moc wyjściową. Teraz ustal, aby obserwować wyjściowy pulsacyjny teren za pomocą oscyloskopu.

Podłącz szybką fotodiodę do oscyloskopu o odpowiednim tłumieniu. Tak jak poprzednio, wykonaj pomiar przed pickerem impulsów. Umieść fotodiodę na ścieżce wiązki.

Na oscyloskopie dostrój pokrętło poziomu spustu, aby ustabilizować powtarzające się przebiegi i umożliwić obserwację wyjściowego ciągu impulsów. Użyj amplitudy między szczytami z tej obserwacji, aby znaleźć stabilność między impulsami. Następnie zastąp fotodiodę na ścieżce wiązki profilerem wiązki.

Użyj oprogramowania do profilowania belki, aby wyświetlić profil belki i wykonać pomiary stabilności wskazywania belki. Przejdź do pracy z pickerem impulsów, najpierw konfigurując jego oprogramowanie. Stamtąd przejdź do elektroniki.

Włącz wysokie napięcie do kryształu selektora impulsów, aby uzyskać częstotliwość powtarzania. Po selektorze impulsów użyj polaryzatora cienkowarstwowego, aby wybrać impulsy. Te impulsy nasion przechodzą przez napinacze kraty, a następnie ulegają amplifikacji regeneracyjnej.

Przygotuj wzmacniacz regeneracyjny, uruchamiając jego układ chłodzenia. Włącz wodę chłodzącą i ustaw agregaty chłodnicze dla głowicy laserowej i ogniwa Pockels. Na komputerze komórkowym Pockels uruchom oprogramowanie komórki Pockels.

Przejdź do zasilacza sterownika komórki Pockels i włącz go. Następnie włącz zasilanie zespołu pompa-dioda i uruchom wyjście diodowe. Dostosuj prąd z zasilacza, aby wzmocnić impulsy nasion.

Następnie wybierz pozycję przed stopniem sprężarki, aby obserwować wyjście. Użyj analizatora widma i światłowodu, aby obserwować widmo wzmacniacza regeneracyjnego. Po zakończeniu odczytaj moc wyjściową z miernika mocy.

Zwróć uwagę na odczyt mocy w tym momencie przed sprężarką stage. Zastąp analizator widma szybką fotodiodą podłączoną do oscyloskopu. Obserwuj ciąg impulsów na ekranie oscyloskopu, a następnie określ stabilność impulsu do impulsu.

Po zastąpieniu szybkiej fotodiody profilometrem wiązki obserwuj profil wiązki wyjściowej i zmierz fluktuacje kierunkowe wiązki. Po wzmocnieniu wyślij impulsy wyjściowe przez stopień sprężarki. Tutaj odbywa się to za pomocą płyty półfalowej z zmotoryzowanym mocowaniem obrotowym.

Dostosuj elementy sterujące uchwytu, aby przepuścić kilka watów mocy lasera. Następnie na ścieżce umieść stabilizator wiązki i wyrównaj go. Przy włączonym stabilizatorze użyj jego oprogramowania, aby zablokować wiązkę laserową i uniknąć dryfu wiązki.

Teraz wróć do płytki półfalowej i pozwól na pełne wyjście wzmacniacza. Impulsy przemieszczają się do stopnia sprężarki, który kompresuje je do jednej pikosekundy. Końcowe elementy optyczne są przedstawione na tym schemacie.

Po etapie sprężarki przygotuj wiązkę do parametrycznego wzmocnienia impulsu ćwierkania. Na ławce użyj teleskopu, aby ustawić kolumnę i dostosować rozmiar wiązki. Uzyskać informacje zwrotne na belce z profilarki belki.

Poprowadź wiązkę podstawową przez nieliniowy kryształ, aby wygenerować drugą harmoniczną. Separator harmonicznych powinien znajdować się pod kątem 45 stopni, aby oddzielić drugą wiązkę harmonicznych od wiązki podstawowej. Za pomocą profilera wiązki można obserwować profile wiązki gaussowskiej drugiej wiązki harmonicznej oraz profil nieprzekształconej belki podstawowej.

Jest to profil wiązki wyjściowej wzmacniacza regeneracyjnego. Impulsy nasion są wzmacniane do 125 watów, podczas gdy są pompowane ciągłą falą o mocy 280 watów. Wykres mocy wyjściowej wzmacniacza regeneracyjnego w funkcji czasu pokazuje stabilność systemu podczas pracy ze sprawnością optyczną 45%Tutaj widmo wzmacniacza jest wykreślone na zielono i odnosi się do osi poziomej wzdłuż górnej części wykresu.

Uzyskana intensywność czasowa po kompresji do jednej pikosekundy pełnej szerokości przy połowie maksimum jest wykreślana na niebiesko przy użyciu dolnej osi poziomej. Te dwie krzywe dają eksperymentalną wydajność generowania drugiej harmonicznej w funkcji szczytowej intensywności pompy wejściowej w krysztale tlenku boru o grubości 1,5 milimetra. krzywa odpowiada 0,5 milidżuli mocy wyjściowej wzmacniacza.

Zielona krzywa dotyczy 20 milidżuli mocy wyjściowej wzmacniacza. Punkty oznaczone jako A, B i C oznaczają różne sprawności generowania drugiej harmonicznej przy różnych intensywnościach szczytowych. Poniżej znajdują się pobrane wykresy intensywności widmowych dla każdej oznaczonej wartości.

A jest wykreślony na czerwono, B na pomarańczowo, a C na niebiesko. Laser ten, w połączeniu z szerokopasmowymi optycznymi wzmacniaczami parametrycznymi lub systemem generowania wysokich harmonicznych, pozwala nam generować impulsy attosekundowe lub impulsy femtosekundowe o wyższej energii i średniej mocy. Parametry te otwierają nową erę dla naukowców, którzy mogą badać na przykład elektronikę sterowaną światłem w szybkich skalach czasowych.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, w jaki sposób zaprojektowano i obsługuje laser cienkodyskowy iterb:YAG o dużej mocy, o wysokiej energii. Nie zapominaj, że praca z laserami o dużej energii i dużej mocy może być niezwykle niebezpieczna i wrażliwa na kurz. Dlatego podczas obsługi tego lasera należy zawsze stosować środki ostrożności, takie jak okulary ochronne i fartuchy do pomieszczeń czystych.