20 мДж, 1 пс Yb: YAG Тонкий дисковый регенеративный усилитель

Общая цель данного протокола состоит в том, чтобы продемонстрировать конструкцию и работу высокоэнергетического, мощного регенеративного усилителя на тонком диске Yb:Yag в качестве входного интерфейса для оптических параметрических импульсных усилителей с предохранительным циклом. Иттербиевые YAG-лазеры на тонких дисках в сочетании с оптическими параметрическими усилителями чирпированных импульсов, или так называемая фемтосекундная технология третьего поколения, дают нам возможность генерировать импульсы от подцикла до нескольких циклов с высокой энергией и средней мощностью одновременно. Основным преимуществом лазерной системы, о которой идет речь в этом фильме, является способность к средней мощности и большой мощности одновременно для лазерных импульсов продолжительностью до пикосекунд.

Хотя этот лазер может служить накачкой для нескольких циклических лазеров, он также может быть использован в качестве входного конца для других систем, таких как широко перестраиваемые лазеры ультрафиолетового и среднего инфракрасного диапазона. Эти стенды содержат различные этапы экспериментальной установки. Этапы лучше всего понять с помощью схемы.

Обратите внимание на маркировку осциллятора, растяжителя, регенеративного усилителя и ступеней компрессора. Сначала сосредоточьтесь на осцилляторной ступени. Его 13-метровый линейный резонатор имеет медную жесткую апертуру, как сапфировая среда, и выходную муфту 13%.

Зеркальная система включает в себя три зеркала с высокой дисперсией, и два зеркала с отрицательным радиусом кривизны. Накачка генератора осуществляется с помощью волоконно-сопряженных диодов, соединенных с тонкодисковым усилителем из иттербия, легированным иттербием, алюминий-гранатом. После выходного ответвителя кристалл оксида бора бария служит в качестве переключателя импульсов для импульсного растяжителя.

Растяжитель импульсов временно растягивает затравочные импульсы примерно до двух наносекунд. Далее импульс поступает на каскад регенеративного усилителя. Там затравочный импульс удерживается в полости усилителя.

В резонаторе находится высоковольтная ячейка Поккельса с кристаллом оксида бора бария. В регенеративном усилителе используется еще один тонкий диск, легированный иттербием, и алюминий, гранат, который накачивается диодами с оптоволоконной связью. Конечная ступень представляет собой ступень импульсного компрессора, в которой усиленные импульсы сжимаются до одной пикосекунды.

Обратите внимание, что во всей системе диоды насоса, тонкие дисковые головки и хлебная плата требуют охлаждений для охлаждения. Начните с запуска водяного охлаждения системы. Включите поток воды и охлаждение чиллеров для компонентов осциллятора.

От управления чиллером перейдите к блоку питания диода насоса, и включите его. Далее включите диодный выход насоса. Отрегулируйте ток для накачки тонкого диска на 940 нанометрах в непрерывном волновом режиме.

На этом этапе договоритесь о наблюдении за выходным спектром перед устройством выбора импульсов. Подключите оптоволокно к спектрометру и поместите его на пути луча. Центр спектра находится на 1030 нанометрах.

После наблюдения за спектром замените оптоволокно на измеритель мощности в том же месте. Наблюдайте за выходной мощностью в режиме непрерывной волны. Далее переходим к работе в импульсном режиме и блокировке режимов.

Работа у зеркала осциллятора, которое находится на сцене трансляции. Возмущайте зеркало, механически толкая сцену сзади. Еще раз обратите внимание на выходной спектр перед устройством выбора импульсов после запуска импульсного режима.

Центр спектра находится на расстоянии 1030 нанометров с шириной полосы пропускания около четырех нанометров. Далее еще раз понаблюдайте за выходной мощностью. Теперь подготовьтесь к наблюдению за импульсной местностью на выходе с помощью осциллографа.

Подключите быстрый фотодиод к осциллографу с соответствующим затуханием. Как и раньше, выполните измерение перед устройством выбора импульсов. Поместите фотодиод на пути луча.

На осциллографе настройте ручку уровня запуска, чтобы стабилизировать повторяющиеся формы волн и обеспечить наблюдение за выходной импульсной цепью. Используйте амплитуду от пика до пика из этого наблюдения, чтобы найти стабильность от импульса к пульсу. После этого подставьте фотодиод на пути луча с помощью профилографа луча.

Программное обеспечение профилировщика луча используется для отображения профиля луча и выполнения измерений стабильности наведения луча. Приступите к работе с подборщиком импульсов, предварительно настроив его программное обеспечение. Оттуда переходите к электронике.

Включите высоковольтное напряжение на перкурузе выбора импульсов, чтобы получить частоту повторения. После выбора импульсов используйте тонкопленочный поляризатор для выбора импульсов. Эти зерновые импульсы проходят через решетчатый растяжитель, а затем подвергаются регенеративной амплификации.

Подготовьте регенеративный усилитель, запустив его систему охлаждения. Включите охлаждающую воду и установите чиллеры для лазерной головки и ячейки Поккельса. На компьютере Pockels cell запустите программное обеспечение Pockels cell.

Подойдите к источнику питания сотового драйвера Pockels и включите его. Затем включите блок питания насосно-диодного блока, и запустите вывод диода. Отрегулируйте ток от источника питания, чтобы усилить импульсы затравки.

Затем выберите положение перед ступенью компрессора, чтобы наблюдать за производительностью. Используйте анализатор спектра и оптоволокно для наблюдения за спектром регенеративного усилителя. Когда закончите, считайте выходную мощность с измерителя мощности.

Обратите внимание на показания мощности на этом этапе перед ступенью компрессора. Замените анализатор спектра на быстрый фотодиод, подключенный к осциллографу. Наблюдайте за последовательностью импульсов на экране осциллографа, а затем определяйте стабильность импульса к импульсу.

После замены быстрого фотодиода на профилировщик луча наблюдайте за профилем выходного луча и измеряйте колебания наведения луча. После усиления направьте выходные импульсы через ступень компрессора. Здесь это делается с помощью полуволновой пластины с моторизованным поворотным креплением.

Отрегулируйте элементы управления креплением, чтобы пропустить несколько ватт мощности лазера. Далее на пути установите на место стабилизатор луча и выровняйте его. При включенном стабилизаторе используйте его программное обеспечение для блокировки лазерного луча и предотвращения дрейфа луча.

Теперь вернитесь к полуволновой пластине и дайте волю полному выходу усилителя. Импульсы попадают на ступень компрессора, который сжимает их до одной пикосекунды. Окончательные оптические элементы представлены на этой схеме.

После ступени компрессора подготовьте луч для параметрического усиления чирпированного импульса. На скамейке используйте телескоп для колонки и регулировки размера луча. Получение обратной обратной связи по балке от профилировщика луча.

Проведите основной пучок через нелинейный кристалл для генерации второй гармоники. Располагайте разделитель гармоник под углом 45 градусов, чтобы отделить второй луч гармоник от основного луча. С помощью профилировщика луча можно наблюдать профили гауссова пучка второй гармоники и профиль непреобразованного основного пучка.

Это профиль выходного луча регенеративного усилителя. Импульсы затравки усиливаются до 125 Вт, а нагнетаются на непрерывной волне мощностью 280 Вт. График выходной мощности регенеративного усилителя в зависимости от времени демонстрирует стабильность системы при работе с оптическим КПД 45%. Здесь спектр усилителя нанесен зеленым цветом и относится к горизонтальной оси вдоль верхней части графика.

Полученная временная интенсивность после сжатия до одной пикосекунды полной ширины при полумаксимуме отображается синим цветом с использованием нижней горизонтальной оси. Эти две кривые дают экспериментальную зависимость эффективности генерации второй гармоники от пиковой интенсивности входной накачки в кристалле оксида бора бария толщиной 1,5 мм. Черная кривая предназначена для 0,5 миллиджоулей выходного сигнала усилителя.

Зеленая кривая предназначена для 20 миллиджоулей выходного сигнала усилителя. Точки, обозначенные как A, B и C, обозначают различную эффективность генерации вторых гармоник при разной пиковой интенсивности. Ниже приведены полученные графики спектральных интенсивностей для каждого помеченного значения.

A отображается красным цветом, B — оранжевым, C — синим. Этот лазер в сочетании с широкополосными оптическими параметрическими усилителями или системой генерации высоких гармоник позволяет генерировать аттосекундные импульсы или фемтосекундные импульсы с более высокой энергией и средней мощностью. Эти параметры открывают новую эру для исследователей для изучения, например, светоуправляемой электроники в быстрых временных масштабах.

После просмотра этого видео вы должны иметь хорошее представление о том, как разрабатывается и эксплуатируется мощный высокоэнергетический тонкий дисковый лазер иттербий:YAG. Не забывайте, что работа с высокоэнергетическими и мощными лазерами может быть чрезвычайно опасной и чувствительной к пыли. Поэтому при работе с этим лазером всегда следует использовать меры предосторожности, такие как защитные очки и халаты для чистых помещений.