Millifocal less-cycle laser sources in the short-wavelength infrared can drive two-color plasmas to produce terahertz pulses at higher efficiencies, as well as optically aberrated mid-infrared femtosecond pulses >5 μm dans les cristaux sans oxyde. Le système laser à fibre dopé au thulium peut produire des centaines d'impulsions femtosecondes avec une longueur d'onde centrale proche de 2 μm. Le groupe Limpert à Jena, en Allemagne, a synthétisé de manière cohérente les sorties de quatre amplificateurs à fibre dopée au thulium en 2022 [1], et a finalement obtenu des impulsions de 85 fs avec une énergie d'impulsion de 1,65 mJ et une fréquence de répétition de 100 kHz, ce qui franchit le limitations d'une seule fibre optique sur l'énergie d'une seule impulsion et la puissance moyenne. L'appareil est illustré à la Fig. 1.
Figure 1 Schéma de principe du dispositif de synthèse cohérente à quatre fibres dopées au thulium.
Afin de raccourcir davantage la largeur d'impulsion, le groupe de Limpert utilisera le dispositif ci-dessus comme frontal en 2023 et utilisera une fibre optique à noyau creux pour la compression. La structure du dispositif de compression est représentée sur la figure 2, comprenant deux chambres à vide pour l'entrée et la sortie, respectivement, et une chambre haute tension pour l'élargissement non linéaire, qui est remplie d'argon gazeux. Afin de réduire l'absorption de vapeur d'eau, la pression de l'air dans les deux chambres à vide est maintenue<1 mabr. The bottom side of the high-voltage chamber is equipped with water cooling to dissipate the heat, avoiding harmful thermal effects at high power. The hollow core fiber is placed on a long straight V-groove to avoid bending loss. The core diameter of the hollow core fiber is 500 μm, the length is 1.05 m. The internal nonlinear gas is selected as argon, and the theoretical maximum passing efficiency is 89.5%.
Figure 2 Schéma de principe du dispositif de compression de fibres à âme creuse
En augmentant progressivement la pression du gaz à l'intérieur de la cavité, les résultats de sortie correspondants sont présentés sur la figure 3. Lorsque la pression du gaz est inférieure à 3 bars, la puissance de sortie est d'environ 139 W et la qualité du faisceau reste bonne (Fig. 3a). Lorsque la pression de l'air est supérieure à 3 bars, la puissance de sortie commence à diminuer et la qualité du faisceau se détériore considérablement. Le spot s'écarte du faisceau gaussien à 4, 25 bars, comme le montre la figure 3b. La figure 3c analyse les largeurs spectrales des sorties sous différentes pressions atmosphériques. Une fois que la pression atmosphérique dépasse 3 bars, les spectres ne s'élargissent plus de manière significative avec l'augmentation de la pression atmosphérique et les impulsions limites de transformation correspondantes restent fondamentalement inchangées. Les auteurs ont pris en compte les facteurs ci-dessus et ont finalement choisi une pression d'air de 3 bars pour les expériences ultérieures.
Fig. 3 Résultats de sortie de différentes pressions d'air dans une fibre à âme creuse
Les spectres et les courbes d'autocorrélation mesurés à une pression d'air de 3 bars sont présentés sur la figure 4, les spectres couvrant 1,2 μm -2,4 μm. Après avoir utilisé une paire de miroirs chirpés pour compenser la dispersion, la largeur d'impulsion est réduite à 10,2 fs, la puissance moyenne est de 132 W et l'énergie de crête principale des impulsions représente 66 % de la énergie, avec une puissance maximale pouvant atteindre 80 GW. La figure 5 montre les résultats du test de stabilité et l'intensité relative du bruit de la sortie frontale est de 0,75 pour cent. qui est concentrée dans la gamme de fréquences de 20 Hz à 50 kHz. Après compression d'impulsions non linéaires, la principale contribution au bruit se situe dans la plage de basses fréquences aussi basse que 2 kHz, qui provient de la vibration mécanique du refroidissement par eau et de la pompe à vide, prouvant qu'il n'y a pas d'introduction de bruit supplémentaire pendant le processus de compression, garantissant la stabilité de la source lumineuse.
Fig. 4 Mesures spectrales et d'autocorrélation à une pression d'air de 3 bars
Fig. 5 Test de stabilité à court terme
Dans cet article, une impulsion femtoseconde à haute énergie avec une longueur d'onde centrale de 1,9 µm, une largeur de 10,2 fs, une largeur d'impulsion inférieure à deux cycles, une énergie d'impulsion de 1,3 mJ et une puissance maximale de 80 GW est obtenue par utilisant une compression de fibre à noyau creux. La puissance moyenne de cette source de lumière est de 132 W, ce qui est le niveau de puissance le plus élevé des impulsions sans cycle fonctionnant dans la région infrarouge à courte longueur d'onde, et cette source de lumière à haute énergie et haute puissance source de lumière va certainement vigoureusement Cette source de lumière d'entraînement à haute énergie et haute puissance favorisera vigoureusement le développement de la technologie laser dans la bande infrarouge moyen.
