Область наук:

  • нанотехнології

  • Рік видавництва: 2019


    Журнал

    Фотон-експрес


    Наукова стаття на тему 'Лазерна система на основі конусного ербіевого світловода для дослідження самофокусіровкі ультракоротких імпульсів в середовищах з аномальною дисперсією'

    Текст наукової роботи на тему «Лазерна система на основі конусного ербіевого світловода для дослідження самофокусіровкі ультракоротких імпульсів в середовищах з аномальною дисперсією»

    ?ЛАЗЕРНА СИСТЕМА НА ОСНОВІ конусної ербіевого СВЕТОВОД ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ самофокусировка ультракоротких імпульсів В СЕРЕДОВИЩАХ З аномальної дисперсії

    Андріанов А.В.1 *, Коптєв М.Ю.1, Лихачов М.Е.2, Бубнов М.М.2, Ліпатов Д.С.3, Анашкина Е.А.1, Кім А.В.1, Литвак А.Г.1

    1 Інститут прикладної фізики РАН, м Нижній Новгород 2Научний центр волоконної оптики РАН, м.Москва 3 Інститут хімії високочистих речовин ім. Г.Г. Дев'ятих РАН, г .Ніжній Новгород

    * E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    DOI 10.24411 / 2308-6920-2019-16099

    Дослідження нелінійних процесів, що протікають при поширенні потужного імпульсного лазерного випромінювання в середовищі є важливим аспектом лазерної фізики. Великий інтерес представляє дослідження просторово-часових перетворень ультракоротких імпульсів при самофокусировка в середовищі з аномальною дисперсією, яка може супроводжуватися значним укороченням імпульсу, а також формуванням структур поля типу "хвиль вбивць" (rogue waves). В останньому випадку потрібен нагляд великого числа реалізацій експерименту для детектування рідкісних подій і для дослідження статистики параметрів вихідного випромінювання. Завдяки розвитку технологій волоконної оптики з'явилася можливість проводити дослідження самофокусіровкі в області аномальної дисперсії за допомогою компактних волоконних лазерних систем, які працюють з досить високою частотою повторення. Нами була розроблена лазерна система на основі конусного волоконного ербіевого підсилювача чірпірованних імпульсів, що генерує 0.5-пс імпульси з енергією 10 мкДж на довжині хвилі 1.56 мкм. Система використана для дослідження самофокусіровкі потужного імпульсу в склі. За допомогою оригінальної схеми діагностики імпульсів на основі спектральної інтерферометрії, що працює в режимі одного імпульсу ( "single-shot"), зареєстровано формування складної структури імпульсу з характерною тривалістю близько 70 фс в пріосевой області пучка.

    Схема лазерної системи приведена на рис. 1. Ставить лазер з синхронізацією мод генерував імпульси з частотою повторення 50 МГц, тривалістю 230 фс на довжині хвилі 1.56 мкм, які потім розтягувалися в відрізку германатного світловода з нормальною дисперсією групових швидкостей (-54 пс / нм-км) довжиною 320 м до тривалості ~ 100 пс. Після чого імпульси посилювалися ербіевим предусилителем до потужності 100 мВт, проріджувати акустооптичні модулятором до частоти проходження 100 кГц і знову посилювалися в другому зовнішній підсилювач до середньої потужності ~ 1 мВт.

    198

    №6 2019 СПЕЦВИПУСК «ФОТОН-ЕКСПРЕС-НАУКА 2019» Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Рис.1. Схема ербіевий волоконної лазерної системи

    В якості кінцевого каскаду використовувався підсилювач на основі ербіевого активного конусного світловода. Його довжина склала 3.5 м, діаметр серцевини на вході 20 мкм, і 75 мкм на виході. За рахунок адіабатичного збільшення діаметра світловода по довжині, вдається зберегти одномодовий режим поширення випромінювання в його товстому кінці, який в загальному випадку є багатомодовим. Накачування конусного світловода здійснювалася потужним багатомодовим лазерним діодом на довжині хвилі 976 нм в зустрічному до сигналу напрямку. В результаті, після стиснення в дисперсионном компресорі були отримані імпульси тривалістю 500 фс з енергією 10 мкДж, при цьому енергія в імпульсі була обмежена потужністю накачування.

    За допомогою побудованої системи було проведено дослідження просторово-часової динаміки імпульсу, що поширюється через нелінійну середу з аномальною дисперсією (скло BK7) в режимі самофокусіровкі (див. Рис. 2). Випромінювання з допомогою длиннофокусной лінзи (20 см) фокусувалася в стрижень зі скла довжиною 7 см. При високій енергії імпульсу випромінювання зазнавало самофокусировка, що супроводжувався сильним розширенням спектра і зміною тимчасової структури імпульсу. Перевищення порога самофокусіровкі було не дуже великим: пікова потужність імпульсу оцінювалася як Р ~ 1.3 РСГ (РСГ - критична потужність самофокусіровкі).

    Мал. 2. Схема експерименту по вимірюванню просторово-часової структури імпульсу, що зазнав самофокусировка в склі, (а) і результати вимірювання (б)

    Для відновлення тимчасової структури імпульсу в декількох точках по поперечному перерізі пучка був розроблений оригінальний метод спектральної інтерферометрії зі спеціально підготовленим опорним пучком, що працює в режимі одного імпульсу ( "single-shot"). Опорний широкосмуговий сигнал для спектральної інтерферометрії генерувався за рахунок розширення спектра імпульсу від волоконної системи в короткому відрізку нелінійного волокна з нормальною дисперсією (2 см волокна з тонкою серцевиною, сильно легованої оксидом германію). Спектр шириною більше 200 нм повністю покривав спектральну область, в якій зосереджена основна енергія досліджуваного сигналу. Зображення досліджуваного пучка з вихідною межі скляного стрижня переносилося зі збільшенням на діафрагму за допомогою якої могла бути виділена цікавить область пучка; далі досліджуваний сигнал об'єднувався на ділильному дзеркалі (50/50) з опорним пучком. Спектр опорного сигналу і спектральна інтерференція одночасно записувалися двоканальним спектрометром на основі InGaAs CCD лінійного сенсора в режимі одного імпульсу. Спектральна фаза опорного пучка, який навіть не дивлячись на дуже велику розширення спектра був набагато стабільніше досліджуваного, вимірювалася методом FROG (frequency resolved optical gating). В результаті відновлення форми імпульсу було з'ясовано, що при поширенні потужного імпульсу вихідної тривалістю близько 500 фс в режимі самофокусіровкі в середовищі з аномальною дисперсією відбувається дроблення імпульсу в часі в пріосевой області пучка. У нашому випадку формувалися 2-4 імпульсу, при цьому характерна тривалість найбільш коротких імпульсів становила близько 70 фс (рис. 2б). Побудована система далі може бути використана для проведення серії експериментів, в якій передбачається дослідити статистику параметрів випромінювання на виході нелінійного середовища.

    Створення та дослідження ербіевого конусного світловода проводилося в рамках робіт, підтриманих грантом Російського наукового фонду № 16-12-10553. Дослідження самофокусіровкі в середовищі з аномальною дисперсією проводилося в рамках робіт, підтриманих грантом Російського наукового фонду № 16-12-10472.

    №6 2019 СПЕЦВИПУСК «ФОТОН-ЕКСПРЕС-НАУКА 2019» Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    199


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити