Generowanie impulsów średniej podczerwieni za pomocą wzmacniacza OPCPA
Źródła światła o wysokiej intensywności emitujące w średniej podczerwieni mogą być wykorzystywane w szerokiej gamie zastosowań, w tym w spektroskopii i fizyce silnych pól. Przykładowo źródła światła emitujące w średniej podczerwieni były wykorzystywane do badań dynamiki molekularnej i sondowania zachowania fotojonizacji silnych pól. Opracowanie nowych technologii laserowych łączących wysoką intensywność i krótki czasy trwania impulsów jest niezbędne w przypadku tych zastosowań. Wzmacniacz OPCPA jest szczególnie interesującym rozwiązaniem pod tym względem. Ponadto wzmacniacz OPCPA umożliwia uzyskanie długości fali średniej podczerwieni, pod warunkiem że możliwie jest zapewnienie szerokopasmowego dopasowania faz. Finansowany ze środków UE zespół badaczy skupiał się na siatkach dyfrakcyjnych dopasowania kwazifaz (QPM) sygnałów zwężonych, zapewniających szerokopasmowe wzmocnienie OPCPA w średniej podczerwieni. W ramach projektu CQPMAMP (Chirped quasi-phasematching gratings for optical parametric chirped pulse amplification: Physics, devices, and applications) badano szczegółowo konstrukcję wzmacniacza OPCPA opartego na QPM. Znaczną zaletą QPM w porównaniu do konwencjonalnego dwójłomnego dopasowania faz jest możliwość projektowania przetworników częstotliwości o wymaganych właściwościach, takich jak szerokie pasmo z niestandardowym profilem fazy. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu litograficznych technik wytwarzania. Napotkano jednak kilka ograniczeń, które należy wziąć pod uwagę, aby umożliwić osiągnięcie ultraszerokopasmowego wzmocnienia o wysokiej jakości. Zidentyfikowane problemy obejmują straty nieliniowe związane z przypadkowymi błędami cyklów oraz przypadkowo dopasowane fazy procesów nieliniowych. Zaprojektowano nowy system w celu uwzględnienia najnowszych odkryć w zakresie działania tych urządzeń oraz zahamowania pasożytniczych efektów przestrzennych. Współliniowy trójstopniowy wzmacniacz OPCPA o wysokiej częstotliwości powtarzania pracuje z częstotliwością 50 kHz i generuje impulsy o czasie trwania 41,6 femtosekundy i energii 12 mikrodżuli. Naukowcy zbadali także nowe konfiguracje QPM, które mogłyby dostarczać dwa razy więcej energii. Zademonstrowali wzmocnienie OPCPA oparte na konfiguracji wiązki niewspółliniowej w połączeniu z QPM wdrożonym w okresowo biegunowym niobianie litu. W tej konfiguracji impulsy średniej podczerwieni mogły być generowane z czasem trwania impulsu wynoszącym 44,2 femtosekundy i energią impulsu wynoszącą 21,8 mikrodżula. Taka wartość energii stanowi poprawę o ponad 80% w stosunku do poprzedniego układu wykorzystującego tę samą pompę i lasery źródłowe. Wyniki projektu CQPMAMP stanowią pierwsze kompleksowe badanie urządzeń QPM do sygnałów zwężonych działających w silnie nieliniowych systemach. Publikacje wydane w ramach projektu zapewniają plan rozwoju i doświadczalnego wdrażania systemów OPCPA opartych na tych urządzeniach.
Słowa kluczowe
Średnia podczerwień, wzmocnienie impulsu, technologie laserowe, CQPMAMP, dopasowanie faz
