Récemment, une équipe de recherche du State Key Laboratory of Intense Field Laser Physics, de l'Institut d'optique et de machines de précision de Shanghai (SIPM), de l'Académie chinoise des sciences (CAS), a proposé une méthode pour améliorer considérablement la stabilité de pointage de la femtoseconde haute fréquence. source de lumière blanche à filament et supercontinuum (SC), et a efficacement supprimé l'intensité et la gigue de pointage du faisceau dans la génération de laser à lumière blanche supercontinuum induite par un filament d'air, afin de résoudre le goulot d'étranglement de la filamentation de gaz laser femtoseconde haute fréquence. Les résultats sont publiés dans l'article intitulé "Génération de lumière supercontinuum stable et intense à 1 kHz par filamentation laser femtoseconde assistée par champ électrique dans l'air". "Les résultats ont été publiés dans Light: Science & Applications.
Les lasers supercontinuum couvrant la bande de longueur d'onde visible sont appelés « lasers à lumière blanche » en raison de leur largeur spectrale ultra-large et de leur bonne cohérence. Il est largement utilisé dans l'imagerie biomédicale, la spectroscopie d'empreintes moléculaires, la tomographie par cohérence optique, la génération d'impulsions ultrarapides accordables, la compression d'impulsions femtoseconde et d'autres applications. Les lasers à lumière blanche sont généralement générés à partir de matériaux solides ou de fibres à cristaux photoniques, de fibres creuses, etc. La filamentation de gaz laser à impulsions courtes constitue la base de la génération du faisceau laser. La filamentation de gaz laser à impulsion courte offre une voie sans dommage matériel vers la génération de laser à lumière blanche, mais la gigue de pointage causée par l'accumulation d'impulsions limite les applications à des réfréquences élevées. Limité par le seuil de dommage des matériaux solides ou affecté par le problème d'auto-instabilité dans le gaz, il est difficile d'obtenir une transmission stable de sources laser à lumière blanche à haute énergie et haute fréquence, et c'est également un problème international urgent dans le domaine de la génération de sources lumineuses supercontinuum et ses applications.
Fig. 1 (a) (b) Diagramme schématique de la configuration expérimentale. (c) (d) Images en couleurs vraies du champ électrique haute tension CC déchargé et chargé dans le filament lumineux et la couronne induite par le filament lumineux. (e) (f) Points lumineux avant correspondants.
Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé un laser femtoseconde haute fréquence pour générer une source de lumière blanche supercontinuum de grande énergie en formant un filament dans l'air, et ont chargé le filament de manière innovante avec un champ électrique externe CC haute tension, ce qui a résolu le problème de la gigue induite thermiquement du filament à la racine, basée sur le principe d'inhibition de la composition du plasma au moyen du champ électrique externe et de prolongation de sa durée de vie pour réduire le dépôt de chaleur dû à la composition du plasma au moment de la prochaine impulsion laser, réduisant ainsi avec succès la diffusion thermique provoquée par la diffusion thermique du filament, et ainsi réduire avec succès la diffusion thermique provoquée par la diffusion thermique du filament. De cette façon, l’intensité des perturbations du flux d’air causées par la diffusion thermique est réduite avec succès. De plus, la décharge corona induite par le filament lumineux générée par le vent ionique stable peut également surmonter efficacement le flux d'air auto-turbulent du filament lumineux, les résultats expérimentaux montrent que sous l'action du champ électrique externe de la lumière à haute fréquence (1 kHz) La stabilité du pointage spatial de la lumière blanche du filament et du super continuum vers l'avant peut être améliorée au moins deux fois, et en même temps, la stabilité de l'intensité spectrale de la lumière laser blanche a été considérablement améliorée, les chercheurs utilisent 1 kHz / 6,54 mJ femtoseconde impulsion laser dans l'air En utilisant des impulsions laser femtoseconde de 1 kHz/6,54 mJ dans l'air, les chercheurs ont réussi à obtenir une source de lumière blanche à spectre supercontinuum stabilisé de 3,55 mJ. Ce travail résout efficacement le problème international du pointage et de la gigue d'intensité de la filamentation de gaz laser femtoseconde à haute fréquence, ce qui ouvre non seulement la voie à la génération d'une source de lumière blanche à super continuum à haute fréquence, stable et à grande énergie dans l'air, mais étend également de nouvelles opportunités pour d'autres applications telles que la source de rayonnement secondaire, l'imagerie et le microtraitement des matériaux basé sur la filamentation haute fréquence.
SIPM a réalisé des progrès significatifs dans la génération d’un laser à lumière blanche stable et à haute énergie dans l’air.
Fig. 2 (a) Écart type du laser à lumière blanche à spectre de supercontinuum avant et de l'angle de pointage du filament (SDEV) à 1 kHz en fonction de la haute tension appliquée. (b) Angle de diffusion SDEV de la lumière SC avant (b) et du filament (c) à différents taux de répétition laser. (d) Variation du champ électrique effectif appliqué au filament en fonction de la haute tension chargée.
Fig. 3 (a) Comparaison des spectres de lumière blanche du spectre direct du supercontinuum avec (FIL + 55 kV) et sans (FIL) haute tension CC externe, avec le spectre laser initial du non filamenté (noFIL) comme référence. (b) Rapport signal sur bruit (1 kHz) de l'intensité du spectre du supercontinuum à différentes hautes tensions appliquées. (c) Énergie laser à lumière blanche à spectre supercontinuum en fonction de l'énergie laser de la pompe (la longueur focale de la lentille de mise au point est de 1 m).
