Name: 20 mJ, 1 ps Yb: amplificador regenerativo de disco fino YAG (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 17 s
Description: Aprenda a operar um amplificador regenerativo de disco fino Yb:YAG de alta energia para geração de pulsos laser picossegundos. Este método demonstra o design completo do sistema com estágios de oscilador, esticador e compressor.

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Gostaríamos de agradecer ao Prof. Ferenc Krausz pelas discussões e Najd Altwaijry por seu apoio à finalização do manuscrito. Este trabalho foi financiado pelo Centro de Aplicações Laser Avançadas (CALA).

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Os autores não têm nada a divulgar.

A operação turn-key do oscilador é alcançada pelo ótimo gerenciamento de calor dos diferentes componentes do laser. A saída do oscilador é reproduzível diariamente, sem necessidade de alinhamento ou otimização extra. Além disso, a estabilidade de energia de impulso a pulso ea estabilidade espacial apontadora do laser de sementes cumprem as condições prévias para alcançar o funcionamento estável do amplificador regenerativo. Outras fontes de semente de baixa energia, como amplificadores de fibra, podem ser usadas para semear o amplificador. Neste estudo, utilizou-se um oscilador KLM de 2 μJ Yb: YAG fino para auxiliar a amplificação do amplificador regenerativo, reduzindo o crescimento das fases não-lineares acumuladas, uma vez que o número necessário de viagens de ida e volta é reduzido para a energia de sementes de maior entrada . Além disso, a maior energia de sementes influencia o processo de amplificação e reduz o estreitamento do ganho. A largura de banda espectral medida do impulso amplificadoEs para diferentes energias de sementes com uma potência de bomba fixa é mostrado na Figura 5c . A largura de banda espectral amplificada diminui para menores energias de sementes devido ao estreitamento do ganho. Para 10 pJ de energia de sementes, o laser opera no período de duplicação, e não é possível alcançar uma operação estável, mesmo aumentando o número de viagens de ida e volta. Além da otimização cuidadosa dos sistemas de refrigeração e da fonte de alimentação dos diodos, a operação do amplificador regenerativo em saturação desempenha um papel importante na estabilidade alcançada do amplificador. O fundamental ou o segundo harmônico do laser podem ser usados ​​para bombear um sistema OPCPA. Para SHG, as performances de um LBO e um BBO foram comparadas, pois oferecem alto coeficiente não linear e limiar de dano, apesar da maior distância espacial e da abertura disponível limitada no caso do BBO. Como o coeficiente não-linear de BBO é quase o dobro do LBO, um cristal mais curto é suficientePara atingir o limite de saturação para SHG ( Figura 6a ). Portanto, BBO é a escolha mais adequada, já que a fase não linear linear acumulada é menor 28 . As durações de pulso dos pulsos SH são caracterizadas experimentalmente em diferentes eficiências de conversão. Observou-se que, com altas eficiências de conversão, o espectro SHG é ampliado e uma fase espectral de ordem superior aparece ( Figura 6 ). Portanto, o caso B, com a eficiência de conversão de 70%, é escolhido onde o SH e os feixes fundamentais não convertidos mantêm excelente qualidade.

A geração de pulsos de laser de alta energia e poucos ciclos com alta taxa de repetição é de grande interesse para os campos aplicados, como attosecond science 1 , 2 , 3 , 4 e física de campo alto 5 , 6 , que podem se beneficiar diretamente Da disponibilidade de tais fontes. O OPCPA representa a rota mais promissora para alcançar energias de pulso elevadas e amplitudes de banda de amplificação amplas que suportam simultaneamente impulsos de poucos ciclos 1 . Até à data, OPCPA permite amplificação de banda larga ultra, o que gera impulsos de poucos ciclos 7 , 8 , 9 , 10 . No entanto, uma implementação modificada do esquema OPCPA, que usa pulsos de bomba curtos na escala de picoseconda, é promissora paraTornando esta abordagem escalável para energias de pulso ainda maiores e poderes médios no regime de poucos ciclos 1 , 11 , 12 . Devido à alta intensidade da bomba no OPCPA bombeado por pulso curto, o ganho de passagem única alta permite o uso de cristais muito finos para suportar grandes largura de banda de amplificação. Embora o OPCPA bombeado com pulso curto tenha muitas vantagens, a realização dessa abordagem está sujeita à disponibilidade de lasers especialmente adaptados para esse fim. Essas lâminas de bomba são necessárias para fornecer pulsos de picossegundo de alta energia com qualidade de feixe de quase difracção a taxas de repetição na faixa de kHz a MHz 13 , 14 , 15 . A introdução de lasers dopados com iterbério em geometrias diferentes, capazes de fornecer pulsos de laser de picosecond com alta energia e alta potência média, Estão prestes a mudar o estado atual do campo 1 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . Yb: YAG tem boa condutividade térmica e uma longa vida útil do estado superior, e pode ser bombeada por laser de diodo com custo efetivo. Seu desempenho quando usado na geometria do disco fino é excelente devido ao resfriamento eficiente do meio de ganho para escalar simultaneamente o pico e a potência média. Além disso, a ocorrência de auto-focagem dentro do meio de ganho durante o processo de amplificação é suprimida devido à esbeltez do disco fino em comparação com outras geometrias de média de ganho, resultando em excelentes perfis temporais e espaciais dos pulsos amplificados. Combinar esse conceito com a CPA é promissor para gerar pulsos de picosegundo com centenas de milinholos de energia e centenasDe watts de potência média 19 , 20 . O objetivo deste trabalho é demonstrar um amplificador regenerativo de disco fino Yb: YAG com excelente performance diária como fonte adequada para bombeamento de OPCPAs 21 . Para atingir esse objetivo, este estudo emprega um oscilador de disco fino Yb: YAG 22 com vários microjogos de energia de pulso para semear o amplificador para minimizar a fase não linear linear acumulada durante o processo de amplificação. Este protocolo fornece a receita para a construção e operação do sistema a laser, que é descrito em outro lugar 21 . São apresentados detalhes sobre software de implementação e controle de componentes, e o processo de alinhamento do sistema é descrito.

<table><tbody><tr><td><forte>Eletroóptica</forte>Módulo de</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Laser de Diodo Acoplado</td><td>a Fibra Dilas Diodenlaser GmbH</td><td>M1F8H12-940.5-500C-IS11.34</td><td></td></tr><tr><td>Módulo de Laser de Diodo Acoplado a Fibra</td><td>Laserline GmbH</td><td>LDM1000-500</td><td></td></tr><tr><td>Fonte de Alimentação para Laser de Diodo</td><td>Delta Elektronika BV</td><td>Fonte de alimentação SM 15-100</td><td></td></tr><tr><td>para laser de diodo</td><td>Delta Elektronika BV</td>Driver de Mensageiro SM <td>35-45</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A, personalizado</td><td></td></tr><tr><td>Pockels Cell's Driver</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A,</td> Fonte de Alimentação do Driver do Selecionador de Pulso personalizada <td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>Fonte de Alimentação do Driver de Célula Pockels</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td>Gerador de Atraso <td>PCD8m7</td><td></td></tr><tr><td>PCI</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BME_SG08p Caixa Divisora</td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td>N/A,</td> Pré-amplificador Ressonante personalizado <td></td></tr><tr><td></td><td>Bergmann Messger&auml; te Entwicklung KG&nbsp;</td><td></td><td></td>BME_P03</tr><tr>Cristal <td>Castech Inc.</td> do<td>Pulse Picker</td>.<td>N/A, personalizado</td><td>12*12*20 mm&sup3;</td></tr><tr>Cristal <td>Castech Inc.</td> <td>de Pockels Cell</td>.<td>N/A, personalizado</td><td>12*12*20 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Nome</td><td>Empresa</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentários</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> Cabeça de disco fino personalizada <td></td></tr><tr><td></td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>N/A, produtos de</td> fibra óptica personalizados <td></td></tr><tr><td></td><td>GmbH</td><td>N/A, objetiva</td> de fibra personalizada <td></td></tr><tr><td></td><td>Edmund Optics GmbH</td><td>N/A, tecnologia</td> eletro-óptica de isolador de Faraday personalizada<td></td></tr><tr><td></td><td>, Inc</td><td>EOT.189.12231</td><td></td></tr><tr><td>Tecnologia eletro-óptica</td> de<td>rotador de Faraday</td>, Inc <td>EOT.189.22040</td><td></td></tr><tr><td>Grade de maca 1</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personalizado</td><td>60*40*10 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Grade de Maca 2</td><td>Horiba Jobin Yvon GmbH</td><td>N/A, personalizado</td><td>350*190*50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Grade do Compressor 1</td><td>Plymouth Grating Laboratory, Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>40*40*16 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Grade do Compressor 2</td><td>Plymouth Grating Laboratory, Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>300*100*50 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Espelho HR, 1" (1030nm), plano, 0&deg;</td><td>Espelho Layertec GmbH</td><td>108060</td><td></td></tr><tr><td>HR, 1" (1030nm), plano, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>HR Espelho, 1" (1030nm), plano, 45&deg;</td><td>Espelho Layertec GmbH</td><td>108063</td><td></td></tr><tr><td>HR, 1" (1030nm), plano, 45&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-04484</td><td></td></tr><tr><td>Espelho HR, 1" (1030nm), curvado</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Espelho HR, 2" (1030nm), plano, 0&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09965, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>HR Espelho, 2" (1030nm), plano, 45&deg;</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-09966, S-05474</td><td></td></tr><tr><td>Polarizador de filme fino (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; = Janela AR de 25 mm</td></tr><tr><td>(1030nm), cunha</td><td>Laseroptik GmbH</td><td>B-00183-01, S-00988</td><td>&Oslash;=Acoplador de Saída de 38mm</td></tr><tr><td>, 1" (1030nm)</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A, PR personalizado</td><td>= 88</td></tr>% <tr><td>Espelho de Alta Dispersão (1030nm)</td><td>UltraFast Innovations GmbH</td><td>N/A, GDD personalizado</td><td>= -3000 fs&sup2;</td></tr><tr><td>Lente, 1" (1030nm), Plano-Convexo</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 1" (1030nm), Plano-Côncavo</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 2" (1030nm), Plano-Convexo</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 2" (1030nm), Plano-Côncavo</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td> personalizado</tr><tr><td>Espelho HR, 1" (515nm), plano, 0&deg;</td><td>Espelho Layertec GmbH</td><td>129784</td><td></td></tr><tr><td>HR, 1" (515nm), plano, 0&deg;</td><td>Espelho HR Eksma Optics</td><td>042-0515-i0</td><td></td></tr>, <tr><td>1" (515nm), plano, 45&deg;</td><td>Espelho Layertec GmbH</td><td>110924</td><td></td></tr><tr><td>HR, 1" (515nm), plano, 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-0515</td><td></td></tr><tr><td>Espelho HR, 1" (515nm), curvado</td><td>Layertec GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Espelho HR, 1" (515nm), curvo</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Espelho HR, 2" (515nm), plano, 0&deg;</td><td>Espelho HR Eksma Optics</td><td>045-0515-i0</td><td></td></tr>, <tr><td>2" (515nm), plano, 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-0515</td><td></td></tr><tr><td>Polarizador de Filme Fino (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>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Lente, 1" (515nm), Plano-Concave</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto personalizado</td></tr><tr><td>Kerr Medium</td><td>Meller Optics, Inc.</td><td>N/A,</td><td>safira personalizada, 1mm</td></tr><tr><td>BBO Crystal</td><td>Castech Inc.</td><td>N/A, personalizado</td><td>7*7*1.5 mm&sup3;</td></tr><tr><td>Separador Harmônico, 1", 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>042-5135</td><td></td></tr><tr><td>Separador de Harmônicos, 2", 45&deg;</td><td>Eksma Optics</td><td>045-5135</td><td></td></tr><tr><td>Espelho Prateado, 1", plano</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>Espelho Prateado, 1", curvo</td><td>Eksma Optics</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td>personalizado</tr><tr><td>Filtro - Densidade Neutra Absortiva</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>NE##A</td><td>conjunto</td></tr><tr><td>Filtro - Densidade Neutra Reflexiva</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>ND##A</td><td>conjunto</td></tr><tr><td>Filtro - Filtro redondo continuamente variável</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###</td><td>#set</td></tr><tr><td>Wedge</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>N/A,</td><td>conjunto</td> personalizado</tr><tr><td>Nome</td><td>Empresa </td><td>Número de catálogo</td><td>Comentários</td></tr><tr><td>Optomechanics & Movimento</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Montagem em espelho 1" (pequeno)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S1M4-##-1"</td><td></td></tr><tr><td>Suporte para Espelho 1" (grande)</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S3-##</td><td></td></tr><tr><td>Suporte para Espelho 1"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>1" ajustável&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Suporte para Espelho 2"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>S4-##</td><td></td></tr><tr><td>Suporte para Espelho 2"</td><td>TRUMPF Scientific Lasers&nbsp;</td><td>2" ajustável&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Montagem de rotação 1"</td><td>S. Maier GmbH</td><td>D25</td><td></td></tr><tr><td>Suporte de rotação 1"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>Suporte Rotativo 2"</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>RSP2/M</td><td></td></tr><tr><td>Estágio de Rotação de Precisão</td><td>Newport Corporation</td><td>M-UTR120</td><td></td></tr><tr><td>Montagem de Grade de Difração de Quatro Eixos</td><td>Newport Corporation</td><td>DGM-1</td><td></td></tr><tr><td>Estágio de Tradução</td><td>OptoSigma Corporation</td><td>TADC-651SR25-M6</td><td></td></tr><tr><td>Estágio de célula Pockels</td><td>Newport Corporation</td><td>9082-M</td><td></td></tr><tr><td>Suporte de célula Pockels</td><td>Kit de</td> controlador/driver de picomotor personalizado <td></td>N <td>/ A</td></tr> caseiro <tr><td>Atuadores lineares piezo de picomotor</td><td>Newport</td> Corporation 8742-12-KIT <td></td> Newport Corporation 8301NF <td></td></tr><tr><td>Montagem de rotação de picomotor</td><td>Newport Corporation</td><td>8401-M</td><td></td></tr><tr><td>Almofada de controle manual</td><td>Newport Corporation</td><td>8758</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><<td></td></tr><tr><td> strong>Nome</td><td>Empresa</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentários</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>Fotodiodos WCD-UCD23</td><td></td></tr><tr><td>(solw)</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>Fotodiodos DET10A/M</td><td></td></tr><tr><td>(rápido)</td><td>Alphalas GmbH</td><td>UPD-200-SP</td><td></td></tr><tr>Sistemas de Desenvolvimento de Imagens de<td>Câmera de Disco Fino</td><td>GmbH</td><td>Osciloscópio UI-2220SE-M-GL</td><td></td></tr><tr><td>Tektronix GmbH</td><td>DPO5204</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Osciloscópio</td><td>Teledyne LeCroy GmbH</td><td>SDA 760Zi-A</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro</td><td>Avantes</td><td>AvaSpec-ULS3648-USB2</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C1769</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4C3762</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D464</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro</td><td>Ocean Optics, Inc</td><td>HR4D466 Sensor de</td><td></td></tr><tr><td>Potência Térmica a Laser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>L50(150)A-PF-35</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de Potência Térmica a Laser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>FL500A</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de Potência Térmica a Laser</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>3A-P-V1</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de Energia e Energia</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>Vega</td><td></td></tr><tr><td>Nome</td><td>Empresa</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentários</td></tr><tr><td>SystemsSistema de Estabilização de Feixe de</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Laser</td><td>TEM-Messtechnik GmbH</td><td>Aligna</td><td></td></tr><tr><td>Laser M&sup2; Sistema de medição</td><td>Ophir Optronics Solutions Ltd</td><td>M&sup2;-200s</td><td></td></tr><tr><td>FROG</td><td>Caseiro</td><td>N/A, personalizado</td><td></td></tr><tr><td>XFROG</td><td>Caseiro</td><td>N/A, personalizado</td><td></td></tr><tr><td>Nome<</td><td>strong>Empresa<</td><td>strong>Número de catálogo</td><td>Comentários</td></tr><tr><td>Diversos</td>Chiller de resfriamento H.I.B Systemtechnik GmbH 6HE-000800-W-W-R23-2-DI Chiller de resfriamento Termotek GmbH P201 Chiller de resfriamento Termotek GmbH P208 Óculos de <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>segurança a laser</td><td>Protect - Laserschutz GmbH</td><td>BGU 10-0165-G-20</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> Visualizador infravermelho <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>FJW Optical Systems</td><td>84499A</td><td></td></tr><tr><td>Cartão de Visualização a Laser</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC4</td><td></td></tr><tr><td>Cartão de Visualização a Laser</td><td>Thorlabs GmbH</td><td>VRC5</td><td></td></tr><tr><td>Cartão de Visualização a Laser</td><td>Componentes a Laser GmbH</td><td>LDT-1064 BG</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de Vazão</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>DTK-1250G2C34P</td><td></td></tr><tr><td>Manômetro</td><td>KOBOLD Messring GmbH</td><td>PT 837-1</td><td></td></tr><tr><td>Sensor de 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 Versão 2.1 pro.</td><td>Software de cavidade a laser</td></tr></tbody></table>

20 mj, 1 ps yb: amplificador regenerativo de disco fino yag

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

Este é um relatório sobre um amplificador regenerativo de 100 W, 20 mJ, 1 ps Yb: YAG de disco fino. Um microfone caseiro Yb: YAG, o oscilador bloqueado em modo Kerr-lens com desempenho turn-key e energia de pulso de nível microjolar é usado para semear o amplificador de pulso chirpado regenerativo. O amplificador é colocado em uma caixa hermética. Ele opera a temperatura ambiente e exibe operação estável a uma taxa de repetição de 5 kHz, com uma estabilidade de pulso a pulso inferior a 1%. Ao empregar um cristal de borato de bário beta de 1,5 mm de espessura, a freqüência da saída do laser é dobrada para 515 nm, com uma potência média de 70 W, o que corresponde a uma eficiência óptica a óptica de 70%. Esta performance superior torna o sistema uma fonte de bomba atrativa para amplificadores paramétricos ópticos de pulso-piloto na faixa espectral do infravermelho próximo e infravermelho médio. Combinando o desempenho turn-key e a estabilidade superior do amplificador regenerativo, o sistema facilita a geração de uma banda larga, CEP-stablesemente. Fornecer a semente e a bomba da amplificação paramétrica de pulsos paramétricos (OPCPA) de uma fonte laser elimina a demanda de sincronização temporal ativa entre esses pulsos. Este trabalho apresenta um guia detalhado para configurar e operar um amplificador regenerativo de disco fino Yb: YAG, baseado em amplificação de pulso chirpado (CPA), como fonte de bomba para um amplificador paramétrico de pulso polarizado.

<html> O oscilador entrega pulsos de 350 fs, 2 μJ, 25 W à taxa de repetição de 11 MHz, com uma estabilidade de pulso a pulso de 1% (rms) e flutuações apontadoras de feixe de menos de 0,6% ao longo de 1 h de medição ( Figura 4 ). <img alt="Figura 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig4.jpg" /> Figura 4 : Yb: YAG de disco fino, oscilador bloqueado pelo modo Kerr-lens. (A) O espectro (vermelho), o perfil recuperado temporais intensidade (azul), e o perfil espacial (inset) dos impulsos do oscilador. ( B ) Espectrógrafo SHG-FROG medido e recuperado do oscilador. Esta figura foi modificada de Fattahi et al. , Com permissão da referência 21 .&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Os impulsos de semente são amplificados no amplificador regenerativo para 125 W enquanto são bombeados com um diodo acoplado de fibra CW a um comprimento de onda de 940 nm a 280 W, correspondendo a uma eficiência óptica-óptica de 47%. A estabilidade de pulso a pulso do amplificador é inferior a 1%, e o amplificador apresenta excelente estabilidade a longo prazo após 10 h de operação contínua. O feixe amplificado tem um excelente perfil espacial, com um M 2 de 1 (M 2 x = 1,08 e M 2 y = 1,07) e um excelente perfil temporal após compressão para 1 ps (em FWHM) ( Figura 5 ). <img alt="Figura 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig5.jpg" /> Figura 5 : Caracterização do amplificador regenerativoSaída e o efeito de redução de ganho. (A) A estabilidade do amplificador de potência média regenerativo após 10 horas de operação contínua. Inserção: ( a-1 ) Potência normalizada para o seu valor médio em uma janela de tempo de 0,5 h; (A -2 ) Perfil de feixe de saída do amplificador regenerativo. ( B ) Espectro de saída do amplificador (verde) e a intensidade temporal recuperada (azul) dos impulsos do laser a uma potência média de 100 W após o compressor de rede. ( C ) Energia de sementes versus largura de banda espectral (FWHM) da saída do amplificador e as viagens de ida e volta necessárias para a mesma potência média de saída a 300 W da potência da bomba. Esta figura foi modificada de Fattahi et al. , Com permissão da referência 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.</a> 25 . Foram considerados dois cristais diferentes com os seguintes parâmetros: 1) um triborato de lítio de tipo I, 6 mm de espessura (LBO), com um ângulo de correspondência de fase de 13,7 ° e um coeficiente não linear de 0,819 pm / V e 2) um BBO tipo I, de 3 mm de espessura com um ângulo de correspondência de fase de 23,4 ° e um coeficiente não linear de 2 pm / V 26 , 27 . 1-ps, pulsos de 20-mJ a 1.030 nm e uma intensidade de pico de 100 GW / cm 2 foram considerados como a entrada da simulação. Os resultados da simulação mostraram que o desempenho do BBO foi superior ao da LBO para SHG ( Figura 6 ). <img alt="Figura 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55717/55717fig6.jpg" /> Figura 6 : Geração de segunda harmônica. (A) Simulado SHG enoRgy para um cristal LBO de 6 mm de espessura e um cristal BBO de 3 mm de espessura. ( B ) eficiência de SHG experimental versus intensidade de pico da bomba de entrada em um cristal BBO de 1,5 mm de espessura usando 0,5 mJ (preto) e 20 mJ (verde) da saída do amplificador. ( C ) A intensidade espectral recuperada e ( d ) o atraso grupal das medidas XFROG para diferentes eficiências SHG correspondentes aos pontos A, B e C em (b). Esta figura foi modificada de Fattahi et al. , Com permissão da referência 21 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55717/55717fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.</a>

Um protocolo para a operação de uma fonte de bomba de amplificador de pulso paramétrico óptico de alta potência, de alta potência, de alta potência com base em um amplificador regenerativo de disco fino Yb: YAG é apresentado aqui.

20 mJ, 1 ps Yb: amplificador regenerativo de disco fino YAG

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 ...

O objetivo geral deste protocolo é demonstrar o projeto e a operação de um amplificador regenerativo de disco fino Yb:Yag de alta energia e alta potência como um front-end para amplificadores de pulso chilreados paramétricos ópticos de ciclo de fusível. Os lasers de disco fino YAG de itérbio em combinação com amplificadores de pulso chirped paramétricos ópticos, ou a chamada tecnologia de femtossegundo de terceira geração, nos dá a chance de gerar pulsos de subciclo a poucos ciclos em alta energia e potência média simultaneamente. A principal vantagem do sistema de laser discutido neste filme é essa capacidade de potência média e grande potência ao mesmo tempo para pulsos de laser tão curtos quanto picossegundos.Embora este laser possa servir como uma bomba para poucos lasers de ciclo, ele também pode ser usado como front-end de outros sistemas, como lasers amplamente sintonizáveis de ultravioleta a infravermelho médio. Essas bancadas contêm os diferentes estágios da configuração experimental. Os estágios são melhor compreendidos usando o esquema.Observe a rotulagem do oscilador, maca, amplificador regenerativo e os estágios do compressor. Primeiro concentre-se no estágio do oscilador. Sua cavidade linear de 13 metros tem uma abertura dura de cobre, como meio de safira cur, e um acoplador de saída de transmissão de 13%.O sistema de espelhos inclui três espelhos de alta dispersão e dois espelhos com raio de curvatura negativo. Bombeie o oscilador por meio de diodos acoplados a fibra acoplada a ítrio dopado com ítrio alumínio granada gavião amplificador de disco fino. Após o acoplador de saída, um cristal de óxido de bário boro serve como um coletor de pulso para o estágio de maca de pulso.A maca de pulso estica temporariamente os pulsos de sementes para aproximadamente dois nanossegundos. Em seguida, o pulso entra no estágio do amplificador regenerativo. Lá, o pulso da semente é mantido na cavidade do amplificador.A cavidade tem uma célula de Pockels de alta tensão com um cristal de óxido de bário boro. O amplificador regenerativo usa outro disco fino de granada de ítrio e alumínio dopado com itérbio que é bombeado por diodos acoplados a fibra. O estágio final é um estágio de compressor de pulso, onde os pulsos amplificados são comprimidos a um picossegundo.Observe que, em todo o sistema, os diodos da bomba, as cabeças de disco fino e a placa de pão requerem resfriadores para mantê-los resfriados. Comece iniciando o resfriamento a água para o sistema. Ligue o fluxo de água e os chillers de resfriamento para os componentes do oscilador.No controle do chiller, vá para a fonte de alimentação do diodo da bomba e ligue-a. Em seguida, ligue a saída do diodo da bomba. Ajuste a corrente para bombear o disco fino a 940 nanômetros no modo de onda contínua.Neste ponto, organize para observar o espectro de saída antes do seletor de pulsos. Conecte a fibra a um espectrômetro e coloque-a no caminho do feixe. O centro do espectro está em 1030 nanômetros.Depois de observar o espectro, substitua a fibra por um medidor de potência no mesmo local. Observe a potência de saída do modo de onda contínua. Em seguida, passe para a operação do modo pulsado e o bloqueio do modo.Trabalhe no espelho oscilador que está em estágio de tradução. Perturbe o espelho empurrando mecanicamente o palco por trás. Mais uma vez, observe o espectro de saída antes do seletor de pulsos após o início do modo pulsado.O centro do espectro está em 1030 nanômetros com uma largura de banda de cerca de quatro nanômetros. Em seguida, mais uma vez, observe a potência de saída. Agora faça arranjos para observar o terreno pulsado de saída com um osciloscópio.Conecte o fotodiodo rápido ao osciloscópio com atenuação apropriada. Como antes, execute a medição antes do seletor de pulso. Coloque o fotodiodo no caminho do feixe.No osciloscópio, ajuste o botão de nível de disparo para estabilizar as formas de onda repetidas e permitir a observação do trem pulsado de saída. Use a amplitude pico a pico desta observação para encontrar a estabilidade pulso-pulso. Depois disso, substitua o fotodiodo no caminho do feixe por um perfilador de feixe.Use o software do perfilador de feixe para exibir o perfil do feixe e realizar medições de estabilidade de apontamento do feixe. Continue a trabalhar com o seletor de pulsos configurando primeiro seu software. A partir daí, vá para a eletrônica.Ligue a alta tensão para o cristal seletor de pulso para produzir a taxa de repetição. Após o seletor de pulsos, use um polarizador de filme fino para selecionar os pulsos. Esses pulsos de sementes passam pela maca de grade e, em seguida, passam por amplificação regenerativa.Prepare o amplificador regenerativo iniciando seu sistema de refrigeração. Ligue a água de resfriamento e ajuste os resfriadores para o cabeçote do laser e a célula de Pockels. No computador celular Pockels, inicie o software celular Pockels.Vá para a fonte de alimentação do driver de celular Pockels e ligue-o. Em seguida, ligue a fonte de alimentação da unidade de diodo da bomba e inicie a saída do diodo. Ajuste a corrente da fonte de alimentação para amplificar os pulsos de sementes.Em seguida, escolha uma posição antes do compressor stage para observar a saída. Use um analisador de espectro e fibra para observar o espectro do amplificador regenerativo. Quando terminar, leia a potência de saída do medidor de potência.Observe a leitura de potência neste ponto antes do compressor stage. Substitua o analisador de espectro por um fotodiodo rápido conectado a um osciloscópio. Observe o trem de pulso na tela do osciloscópio e, em seguida, determine o pulso para a estabilidade do pulso.Depois de substituir o fotodiodo rápido por um perfilador de feixe, observe o perfil do feixe de saída e meça as flutuações de apontamento do feixe. Após a amplificação, envie os pulsos de saída através do compressor stage. Aqui, isso é feito com uma placa de meia onda com um suporte de rotação motorizado.Ajuste os controles do suporte para permitir a passagem de alguns Watts de potência do laser. Em seguida, no caminho, tenha um estabilizador de feixe no lugar e alinhado. Com o estabilizador ligado, use seu software para travar o feixe de laser e evitar o desvio do feixe.Agora, retorne à placa de meia onda e permita a saída completa do amplificador. Os pulsos viajam para o estágio do compressor, que os comprime em um picossegundo. Os elementos ópticos finais são representados neste esquema.Após o compressor stage, prepare o feixe para amplificação de pulso chilreado paramétrico. Na bancada, use um telescópio para colunar e ajustar o tamanho do feixe. Obtenha feedback na viga de um perfilador de viga.Guie o feixe fundamental através de um cristal não linear para gerar o segundo harmônico. Tenha um separador harmônico a 45 graus para separar o segundo feixe harmônico do feixe fundamental. Use o perfilador de feixe para observar os perfis de feixe gaussiano do segundo feixe harmônico e o perfil do feixe fundamental não convertido.Este é o perfil do feixe de saída do amplificador regenerativo. Os pulsos de sementes são amplificados para 125 Watts enquanto são bombeados a uma onda contínua de 280 Watts. Um gráfico da potência de saída do amplificador regenerativo em função do tempo demonstra a estabilidade do sistema enquanto opera com uma eficiência óptica de 45%Aqui, o espectro do amplificador é plotado em verde e é referido ao eixo horizontal ao longo da parte superior do gráfico.A intensidade temporal recuperada após a compressão para um picossegundo de largura total na metade do máximo é plotada em azul usando o eixo horizontal inferior. Essas duas curvas fornecem ao segundo harmônico experimental a eficiência de geração versus a intensidade de pico da bomba de entrada em um cristal de óxido de bário boro de 1,5 milímetro de espessura. A curva preta é para 0,5 milijoules de saída do amplificador.A curva verde é para 20 milijoules de saída do amplificador. Os pontos rotulados como A, B e C rotulam diferentes eficiências de geração de segundo harmônico em diferentes intensidades de pico. Aqui estão os gráficos de intensidades espectrais recuperados para cada valor rotulado.A é plotado em vermelho, B em laranja e C em azul. Este laser, quando combinado com um amplificador paramétrico óptico de banda larga ou um sistema de geração de harmônicos altos, nos permite gerar pulsos de attossegundos ou pulsos de femtossegundos com maior energia e potência média. Esses parâmetros abrem uma nova era para os pesquisadores explorarem, por exemplo, a eletrônica acionada por luz em escalas de tempo rápidas.Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como o laser de disco fino de itérbio: YAG de alta potência e alta energia é projetado e operado. Não se esqueça de que trabalhar com lasers de alta energia e alta potência pode ser extremamente perigoso e sensível à poeira. Portanto, precauções como óculos de segurança e casacos de sala limpa devem sempre ser usadas durante a operação deste laser.

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Research

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