У ФИАНе проведена серія експериментів по стисненню лазерних імпульсів

У ФИАНе проведена серія експериментів по стисненню лазерних імпульсів. 300-фемтосекундный імпульс випромінювання иттербиевого лазера з довжиною хвилі 1030 нм і енергією 150 мкДж був перетворений у імпульс тривалістю 15 фс з довжиною хвилі 515 нм. Ця робота проводилася спільно зі спін-офф компанією «Авеста-Проект» (р. Троїцьк), яка використовує отримані знання для створення нових приладів.

Завдяки своїм унікальним властивостям, фемтосекундные лазери знаходять широке застосування в різних областях науки, техніки і медицини. Фемтосекундные лазери з активними елементами, легованими іонами ітербій (иттербиевые лазери), отримали широке розповсюдження завдяки поєднанню високої середньої потужності та ефективності, що реалізується при діодним накачуванні. Це найбільш розроблені, надійні, компактні й ефективні лазерні системи на сьогодні. Вони можуть бути використані в якості задаючого генератора в підсилювальних системах, для многофотонной мікроскопії, надшвидкої спектроскопії, генерації терагерцового випромінювання, оптичної когерентної томографії та ін. Про

однак кожна лазерна система має свої недоліки. Що стосується иттербиевых лазерів, то тут неможливо отримати імпульс коротше близько 300 фс з енергією при цьому вище 1-10 мкДж.

У проведеній в Троїцьку роботі для стискання імпульсу використовувалися ефекти нелінійної оптики. Сфокусоване потужне випромінювання фемтосекундного иттербиевого лазера запускалося в порожнистий циліндричний світловод (капіляр), заповнений ксеноном (необхідно заповнення інертним газом під тиском у кілька атмосфер. Завдяки відбиттю світла при ковзному падінні на внутрішні стінки капіляра, пучок зберігав високу інтенсивність при поширенні всередині капіляра, а безпосередньо стиснення здійснювалося на основі нелінійного ефекту розширення спектра імпульсу.

Розповідає учасник роботи, провідний науковий співробітник ФІАН, доктор фізико-математичних наук Леонід Леонідович Лосєв:

«Розширення спектра імпульсу відбувається внаслідок фазової самомодуляции, викликаної нелінійною залежністю показника заломлення нейтральній газовій середовища від інтенсивності випромінювання. На передньому фронті імпульсу миттєве значення частоти зміщується в червону сторону, на задньому – синю. Виникає частотний чирп, тобто зміна частоти з часом, яке в подальшому компенсується у тимчасовому компресорі, і тривалість лазерного імпульсу скорочується. Нами був запропонований, запатентований та експериментально реалізовано новий спосіб компресії – ми побудували компресор, в якому компресія здійснювалася в два етапи: спочатку при розширенні спектра в капілярі, а потім при розширенні спектра в процесі генерації другої гармоніки».

Перші роботи по компресії лазерних імпульсів в капілярі з’явилися приблизно 15 років тому. До теперішнього часу налічується вже більше сотні робіт з цієї тематики. При створенні такого компресора бажано заздалегідь визначити параметри капіляра (довжина і внутрішній діаметр капіляра, а також склад і тиск газу), виходячи з необхідних значень енергетичної ефективності та ступеня компресії імпульсу. Зазвичай це вимагає проведення досить великого об’єму розрахунків – чисельно вирішуються рівняння, що описують поширення імпульсу в нелінійному середовищі. В даній роботі була розроблена і експериментально перевірена методика аналітичного розрахунку капілярного компресора.

В результаті роботи імпульс тривалістю 300 фс з довжиною хвилі 1030нм і енергією 150 мкДж нм був стиснутий в імпульс тривалістю 15 фс, довжиною хвилі 515 нм і енергії 18мкДж. Енергетична ефективність перетворення склала 12%.

Коментує головний науковий співробітник ФІАН, доктор фізико-математичних наук Петро Георгійович Крюков:

«Це одна з рідкісних робіт – на сучасному лазерному рівні, в ній поєднуються як високий рівень технології, так і самих досліджень. Паралельно у всьому світі проводяться подібні дослідження в дуже просунутих лабораторіях. Важливо, що тут використовувався унікальний лазер, який не купувався де-небудь, а виготовлявся в Росії з урахуванням передових високих технологій, лазер, який забезпечують необхідні стабільність накачування і прецезионность досліджень».


Рис. 1. Автокореляційна функція компресованого імпульсу.

У роботі використовувався фемтосекундный иттербиевый лазер TETA-10 компанії «Авеста-Проект», вимірювання тривалості імпульсів проводилося з допомогою автокоррелятора ASF-20, реєстрація спектра – за допомогою спектрометра ASP 100M.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *