Laser ultrafast doped ytterbium berkuasa tinggi dan sangat berulang adalah bernilai tinggi untuk aplikasi dalam penyelidikan dan industri. Walau bagaimanapun, lebar jalur spektrum sempit (10 nm) sistem laser ini telah membawa kepada kemunculan banyak teknik pasca mampatan berdasarkan modulasi fasa kendiri untuk meluaskan spektrum. Kecekapan mampatan teknik rongga berbilang laluan boleh melebihi > 90 peratus , menghasilkan denyutan ultrashort kuasa tinggi tenaga purata tinggi dengan taburan ruang yang seragam.
Dalam kertas ini, kami mensimulasikan proses mampatan secara berangka dalam rongga berbilang laluan dan menunjukkan cara mengoptimumkan parameter sistem supaya spektrum yang diperluaskan mempunyai fasa licin dan denyutan mampat yang bersih diperolehi.
Penulis menggunakan kaedah berangka Fourier yang diedarkan untuk mensimulasikan perambatan nadi di dalam rongga berbilang laluan. Kesan seperti pembelauan, serakan, modulasi fasa kendiri, dan curam kendiri diambil kira dalam simulasi, dan gas di dalam rongga berbilang laluan adalah gas lengai supaya kesan Raman boleh diabaikan. Keamatan nadi dalam rongga dikawal di bawah ambang pengionan, jadi kesan pengionan juga boleh diabaikan. Sistem rongga berbilang laluan sebenar perlu memenuhi empat syarat: (1) panjang optik di dalam rongga adalah lebih besar daripada panjang tak linear dan lebih kecil daripada panjang serakan, iaitu, < 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.
Rajah 1 Rantau parameter rongga berbilang laluan.
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 peratus dan keamatan nadi sekunder sebanyak<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.
Rajah 2 Kebersihan nadi dalam rajah tekanan tenaga.
Daripada Rajah 2, dapat dilihat bahawa keputusan mampatan yang lebih baik boleh diperolehi apabila tenaga nadi ialah 100 μJ dan tekanan ialah 10 bar, dan keputusan simulasi yang berkaitan ditunjukkan dalam Rajah 3. Keseragaman ruang spektrum dianalisis dalam Rajah 3(a) dan Rajah 3(b), dan dapat dilihat bahawa spektrum paksi-x dan paksi-y adalah betul-betul sama, dan keseragaman spatial adalah baik. Rajah 3(c) dan 3(d) menunjukkan lebar nadi dan spektrum, dari mana ia boleh dilihat bahawa spektrum mempunyai jejak bawah yang besar dan fasa parabola licin, yang sepadan dengan denyutan had perubahan 14.2 fs.
Rajah 3 Taburan spektrum ruang pada paksi-x (a) dan paksi-y (b), serta taburan lebar nadi (c) dan spektrum (d), untuk hasil pelebaran dan pemampatan denyut dengan tenaga 100 μJ dalam MPC yang diisi dengan 10 bar argon.
Rajah 4 menunjukkan secara terperinci variasi spektrum dan titik bagi setiap perjalanan pergi balik nadi melalui peranti rongga berbilang laluan. Rajah 4(a) 1/spektrum adalah konsisten dengan perubahan dalam parameter kebersihan spektrum dan lebar separuh ketinggian spektrum kekal malar selepas 10 perjalanan pergi dan balik, tetapi 1/spektrum meningkat dan spektrum kelihatan mempunyai tapak yang lebih besar. Plot dalam Rajah 4(b) menunjukkan tempat keluaran akhir sebagai Gaussian yang sempurna. Rajah 4 (c) menunjukkan evolusi saiz titik, yang berubah dengan lancar sepanjang, memastikan kebolehmampatan denyutan berikutnya.
Rajah 4 (a) menunjukkan evolusi penyebaran spektrum selepas setiap perjalanan pergi dan balik; (b) menunjukkan corak spatial pada akhir pembiakan; dan (c) menunjukkan perbandingan saiz rasuk melintang semasa perambatan tanpa gas (garis biru) dan dengan gas (titik)
Dalam kertas ini, ditunjukkan melalui simulasi berangka bahawa apabila menggunakan rongga berbilang laluan untuk memampatkan nadi, spektrum yang luas dan bersih serta nadi mampat yang berkualiti tinggi boleh diperolehi dengan mengoptimumkan tenaga nadi dan tekanan gas secara bersama, yang akan menyediakan panduan untuk pembinaan seterusnya sistem rongga berbilang laluan yang praktikal.
