Les lasers ultrarapides dopés à l'ytterbium, de haute puissance et hautement répétitifs, sont d'une grande valeur pour les applications dans la recherche et l'industrie. Cependant, la bande passante spectrale étroite (10 nm) de ce système laser a conduit à l'émergence de nombreuses techniques de post-compression basées sur l'automodulation de phase pour élargir le spectre. L'efficacité de compression des techniques de cavité multipasse peut dépasser > 90 %, produisant des impulsions ultracourtes de haute énergie et de puissance moyenne élevée avec une distribution spatiale uniforme.
Dans cet article, nous simulons numériquement le processus de compression dans une cavité multipasse et montrons comment optimiser les paramètres du système afin que le spectre élargi ait une phase lisse et que des impulsions compressées propres soient obtenues.
Les auteurs ont utilisé une méthode numérique de Fourier distribuée pour simuler la propagation de l'impulsion à l'intérieur de la cavité multipasse. Les effets tels que la diffraction, la dispersion, l'automodulation de phase et l'auto-trempe sont pris en compte dans la simulation, et le gaz à l'intérieur de la cavité multipasse est un gaz inerte, de sorte que les effets Raman peuvent être négligés. L'intensité de l'impulsion dans la cavité est contrôlée en dessous du seuil d'ionisation, de sorte que l'effet d'ionisation peut également être ignoré. Le système de cavité multi-passes réel doit satisfaire quatre conditions : (1) la longueur optique à l'intérieur de la cavité est supérieure à la longueur non linéaire et inférieure à la longueur de dispersion, c'est-à-dire < L<; (2) the upper limit of the soliton order is less than 10, i.e., N = √ < 10; (3) avoiding self-focusing, <; and (4) avoiding ionization. Satisfying the above four conditions at the same time, the input pulse center wavelength is 1030 nm, the pulse width is 150 fs, the curvature of the multi-pass cavity lumen is 40 cm, the distance of the cavity lumen is 40 cm, and the pulse goes back and forth within the cavity 20 times. At this time to meet the actual multi-pass cavity needs of the pressure and pulse energy range shown in Figure 1 light blue region.
Fig. 1 Région paramétrique de la cavité multi-passes.
The spectral characteristics of the output pulse are measured by two parameters, the half-height full width and the spectral cleanliness C. The spectral width of the output pulse is the limit of compression. The spectral width demonstrates the limiting pulse width of the pulse compression, while the spectral cleanliness C characterizes the cleanliness of the compressed pulse (high percentage of main peak energy and low intensity of secondary pulses). At C > 0.9 the compressed pulse has a primary peak energy share of >98 pour cent et une intensité d'impulsion secondaire de<0.5%. Figure 2 shows the spectral half-height widths of the multi-pass cavity with different parameters and the spectral cleanliness C. It can be seen from the figure that wide and clean spectra can only be obtained when the pressure and energy satisfy certain conditions.
Fig. 2 Propreté des impulsions dans le diagramme énergie-pression.
La figure 2 montre que de meilleurs résultats de compression peuvent être obtenus lorsque l'énergie d'impulsion est de 100 μJ et la pression est de 10 bars, et les résultats de simulation associés sont présentés sur la figure 3. L'uniformité spatiale des spectres est analysée. sur les figures 3 (a) et 3 (b), et on peut voir que les spectres des axes x et y sont exactement les mêmes et que l'uniformité spatiale est bonne. Les figures 3 (c) et 3 (d) montrent les largeurs d'impulsion et les spectres, à partir desquels on peut voir que les spectres ont une grande traînée inférieure et une phase parabolique lisse, ce qui correspond à une impulsion limite de transformation de 14,2 fs.
Fig. 3 Distributions spectrales spatiales sur les axes x (a) et y (b), ainsi que les distributions de largeur d'impulsion (c) et spectrale (d), pour un résultat d'élargissement et de compression d'impulsion avec une énergie de 100 μJ dans un MPC rempli d'argon à 10 bars.
La figure 4 montre en détail les variations spectrales et ponctuelles pour chaque aller-retour de l'impulsion à travers le dispositif à cavité multi-passes. La figure 4 (a) 1/spectre est cohérente avec le changement du paramètre de propreté spectrale et la largeur spectrale à mi-hauteur reste constante après 10 allers-retours, mais le 1/spectre augmente et le spectre semble avoir une base plus grande. Le tracé de la figure 4 (b) montre le point de sortie final sous la forme d'une gaussienne parfaite. La figure 4 (c) montre l'évolution de la taille du spot, qui change progressivement, garantissant la compressibilité des impulsions suivantes.
La figure 4 (a) montre l'évolution de l'étalement spectral après chaque aller-retour ; (b) montre le modèle spatial à la fin de la propagation ; et (c) montre la comparaison des tailles de faisceaux transversaux lors de la propagation sans gaz (ligne bleue) et avec gaz (points)
Dans cet article, il est démontré par simulation numérique que lors de l'utilisation d'une cavité multi-passes pour compresser l'impulsion, un spectre large et propre et une impulsion compressée de haute qualité peuvent être obtenus en optimisant conjointement l'énergie de l'impulsion et la pression du gaz, ce qui fournira un guide pour la construction ultérieure d’un système pratique de cavités multi-passes.
