Fullständig karakterisering av 10 fs NIR -pulserna med en mätning av dispersionsskanning. Härvid varieras först den spektrala fasen av pulserna (kvitter) genom att glas med gradvis ökande tjocklek förs in i strålen. Sedan genereras i en tunn olinjär kristall den andra övertonen av de kvittrade pulserna och dess spektrum registreras vid serien av olika glasinsatser. På detta sätt registreras en tvådimensionell spårning (visas i panelen längst upp till vänster) från vilken den saknade fasinformationen kan extraheras med hjälp av en iterativ numerisk algoritm. Det simulerade spåret som ges av fasåtervinningsalgoritmen visas i den övre högra panelen och uppvisar en slående likhet med det uppmätta spåret. Det uppmätta spektrumet av pulsen tillsammans med den hämtade fasen visas i den nedre vänstra panelen, medan deras Fouriertransform som ger pulsformen (röd kurva) visas längst ner till höger. Den svarta kurvan i denna panel motsvarar kortast möjliga puls för det uppmätta spektrumet. Upphovsman:MBI
Ett team som leds av forskare från Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI), Laser-Laboratorium Göttingen (LLG) och Active Fiber Systems (AFS) har genererat multi-millijoule 3-cykelspulser vid en genomsnittlig effektnivå på 318 W. Dessa resultat markerar en betydande milstolpe inom fåcykellaserteknik som banar väg mot industriella tillämpningar. Rapporten dök upp i Optica som ett memorandum.
Extrema korta ljuspulser som endast innehåller några få oscillationer av det elektromagnetiska fältet är bland de snabbaste händelser som någonsin har gjorts av mänskligheten. Även om de första få cykelpulserna producerades för cirka 30 år sedan, de kunde bara användas inom spetskunnande vetenskap t.ex. för tidsupplösta studier eller attosekundspulsgenerering. För att hitta vägen till industriella tillämpningar, ett antal stora utmaningar måste lösas, såsom nyckelfärdig drift, och energi- och effektuppskalning av fåcykelkällorna.
MBI, LLG- och AFS-forskare följde ett nytt tillvägagångssätt genom att direkt komprimera 300 fs långa pulser från en hög energi, högeffektlasersystem till få cyklers varaktighet. Detta kräver en 30 gångers komprimering, vilket först nyligen har blivit genomförbart genom introduktionen av den sträckta flexibla hålfiberteknologin, som erbjuder skalbarhet med obegränsad längd. I studien användes en koherent kombinerad flerkanalig fiberlaser som levererar upp till 10 mJ pulser med upp till 1 kilowatt medeleffekt som ljuskälla. Detta system är för närvarande under utveckling vid AFS för den stora europeiska laseranläggningen ELI ALPS i Szeged, Ungern. I pulskomprimeringen, en 6 meter lång stretchad flexibel ihålig fiber användes som utvecklades tillsammans av MBI och LLG. När pulserna sprider sig genom argongas fylld i den ihåliga vågledaren, en olinjär interaktion som kallas självfasmodulering sker mellan det intensiva ljuset och gasatomerna som gör att spektrumet vidgas. Pulserna med väsentligt breddat spektrum kan sedan komprimeras till en kortare varaktighet genom att kompensera deras spektralfas med en uppsättning kvittrade speglar. På detta sätt lyckades laget generera multi-mJ, 10 fs pulser vid 100 kHz repetitionshastighet vid en genomsnittlig effekt på 318 W, vilket är den högsta genomsnittliga effekten för en laser med några cykler som någonsin uppnåtts.
Denna prestation visar att med användning av sträckt flexibel ihålig kärnfiberteknologi kan högeffektlasrar av industrikvalitet föras in i fåcykelregimen. Detta öppnar upp för nya möjligheter för industriella tillämpningar, såsom starkt parallelliserad materialbearbetning.
