In dit conceptuele diagram dringt de ultrasnelle laserpuls (blauw) aan de linkerkant een uitgerekte holle kernvezel binnen die gevuld is met stikstof (rode moleculen) en verkrijgt, terwijl deze zich voortplant, een spectrale verbreding, terwijl de uitgangsbundel (oranje) aan de rechterkant . Dit niet-lineaire fenomeen is te wijten aan het Raman-effect, dat verband houdt met de rotatie van gasmoleculen in het laserveld.
Yb-vezellasers kunnen ultrasnelle pulsen produceren met een centrale golflengte van ongeveer 1 μm, maar in veel toepassingen (bijv. Hoge harmonische generatie, OCT optische coherentietomografie in de geneeskunde) zijn ultrasnelle pulsen met hoge energie en een iets langere golflengte vereist. ). Conventionele, op golflengte afstembare ultrasnelle pulsbronnen, optische parametrische versterkers (OPA's), zetten ultrasnelle pulsen van 1 μm om in frequentie en maken continue afstemming mogelijk van 1,3 tot 4,5 μm, hoewel het bereik van 1,0-1,3 μm niet kan worden bereikt zonder extra frequenties. Bovendien zijn overnamebiedingen over het algemeen complex en duur om te bouwen.
Hier presenteren we een eenvoudigere methode die ultrasnelle pulsen kan genereren in het gebied van 1-1,7 μm: een pomppuls van 1 μm wordt langs een lang, met stikstof gevuld kanaalgedeelte in een vezel naar holle kern gestuurd, wat resulteert in een extreme Ramanverschuiving (extreme Raman roodverschuiving) van het licht. Een bijkomend voordeel van deze methode is de reductie van de puls van 200 fs naar ongeveer 20 fs.
Hoe is het mogelijk ?
(A)
(1) Vergelijk deze methode met conventionele experimenten waarbij een holle kernvezel doorgaans wordt gevuld met een mono-atomair gas (bijvoorbeeld argon) om het laserspectrum symmetrisch uit te breiden en het vervolgens opnieuw te comprimeren tot een korte puls.
(2) In dit experiment ontdekte het team dat het door bijvoorbeeld stikstof te gebruiken nog steeds mogelijk was om het spectrum te verbreden, maar op een onverwachte asymmetrische manier.
De straal wordt verbreed naar lange infrarode (IR) golflengten, waardoor het uitgangsspectrum kan worden gefilterd om de band te behouden waar het moet worden toegepast. Op deze manier wordt de energie overgedragen in het nabij-infrarode spectrale bereik met een puls die drie keer korter is (wat het mogelijk maakt een efficiëntie te verkrijgen die vergelijkbaar is met die van OPA); en het allerbelangrijkste: het proces vereist geen complexe apparatuur of aanvullende pulspostcompressiesystemen.
(B) Nog een experiment: het team gebruikte een vezel met holle kern gevuld met stikstof en in plaats van het spectrum te filteren, comprimeerde het dit in de tijd met behulp van een dispersieve lens die in staat was de fase van de geëxpandeerde puls aan te passen. sterke veldfysica (attoseconde en sterke veldfysica)”.
(C) Een holle kernvezel (HCF) uitrekken en vervolgens een puls van 200 fs, 1,03 μm pompen vanuit een versterkt Yb-gebaseerd lasersysteem. Het apparaat van TUWien maakt gebruik van een vezel met een lengte van 5,5 m en een interne diameter van 1 mm; INRS maakt gebruik van een vezel van 6 m lang en een interne diameter van 0,53 mm, evenals breedbandige piepspiegels om de pulsen te comprimeren.
De Moskouse groep, geleid door Aleksei ZhelTIkov, richt zich op het ontwikkelen van theoretische modellen om deze optische verschijnselen te verklaren. Door deze drie benaderingen te combineren, konden de onderzoekers niet alleen de complexe onderliggende dynamiek volledig begrijpen, maar ook stikstof gebruiken om extreme roodverschuiving en effectieve pulscompressie in het infraroodgebied te bereiken. effectieve compressie van pulsen in het infraroodbereik).
Het team is van mening dat een op Raman-shift gebaseerde aanpak goed zou kunnen voldoen aan de groeiende vraag naar ultrasnelle lichtbronnen met langere golflengte voor laser- en sterkveldtoepassingen, te beginnen met goedkopere, afstembare systemen van industriële kwaliteit.
