Mittel-Infrarot-Impulserzeugung über OPCPA
Lichtquellen von hoher Intensität im mittleren Infrarotbereich haben besondere Aufmerksamkeit für eine breite Palette von Anwendungen erhalten, darunter Spektroskopie und Starkfeldphysik. Zum Beispiel wurden Lichtquellen im mittleren Infrarotbereich für die Untersuchung der molekularen Dynamik und zur Sondierung des Verhaltens von Starkfeld-Photoionisation verwendet. Die Entwicklung neuer Lasertechnologien, die hohe Intensitäten und kurze Pulsdauern kombinieren, ist für diese Anwendungen erforderlich. OPCPA ist in dieser Hinsicht besonders attraktiv. Außerdem sind mittlere Infrarotwellenlängen mit OPCPA zugänglich, sofern eine Breitband-Phasenanpassung erreicht werden kann. EU-finanzierte Forscher konzentrierten sich auf Chirp-Quasi-Phasenanpassung- (QPM)Gitter, die Breitband-OPCPA im mittleren Infrarotbereich anbieten. Im Rahmen des Projektes CQPMAMP (Chirped quasi-phasematching gratings for optical parametric chirped pulse amplification: Physics, devices, and applications) untersuchten sie die Gestaltung von QPM-basierten OPCPA im Detail. Ein wesentlicher Vorteil von QPM gegenüber der herkömmlichen Doppelbrechungsphasenanpassung ist das Potential, Frequenzumrichter mit den gewünschten Eigenschaften zu entwerfen, wie etwa eine großen Bandbreite mit angepasstem Phasenprofil. Dies ist möglich durch die Verwendung von lithographischen Herstellungstechniken. Von mehreren Einschränkungen wurde jedoch festgestellt, dass sie berücksichtigt werden müssen, um eine ultra-Breitbandverstärkung von hoher Qualität zu erreichen. Zu den identifizierten Problemen gehören nicht-lineare Verluste im Zusammenhang mit zufälligen Zyklusfehlern und zufällige phasenangepasste nichtlineare Prozessen. Ein neues System wurde entwickelt, um die jüngsten Fortschritte zu berücksichtigen, um den Betrieb dieser Geräte zu verstehen und räumliche Rauscheffekte zu unterdrücken. Diese hohe Wiederholungsrate, kollineare dreistufige OPCPA arbeitet bei 50 kHz und erzeugt 41,6 Femtosekundenpulse mit einer Energie von 12 Mikrojoule. Die Forscher untersuchten auch neue QPM-Konfigurationen, die doppelt so viel Energie liefern könnte. Sie demonstrierten OPCPA basierend auf einer nicht kollinearen Strahlenkonfiguration in Kombination mit QPM, das in periodisch gepoltem Lithiumniobat implementiert wurde. Mit dieser Konfiguration könnten Pulse im mittleren Infrarotbereich mit einer Pulsdauer von 44,2 Femtosekunden und einer Pulsenergie von 21,8 Mikrojoule erzeugt werden. Diese Ziffer repräsentiert mehr als eine 80%ige Verbesserung gegenüber dem bisherigen System, bei dem die gleiche Pumpe und Seed-Laser verwendet werden. Die Ergebnisse von CQPMAMP stellen die erste umfassende Untersuchung von Chirp-QPM-Vorrichtungen dar, die in stark nichtlinearen Regimen arbeiten. Die verschiedenen Projektpublikationen bieten einen Fahrplan, um OPCPA Systeme basierend auf diesen Vorrichtungen voranzutreiben und experimentell zu implementieren.
Schlüsselbegriffe
Mittlerer Infrarotbereich, Impulsverstärkung, Lasertechnologien, CQPMAMP, Phasenanpassung
