超快非线性光学技术之二十三高功率亚15fs绿光（515nm）脉冲

2022-03-14 15:22

近年来，高能量高功率掺镱光纤激光器迅猛发展，在单根大模场光纤中实现了低于300fs峰值功率高达GW的输出；在80MHz重复频率下，用12根光纤通过相干合成产生了平均功率超过10kW的脉冲。这种高功率脉冲聚焦在气体内，足以通过高次谐波产生极紫外的飞秒脉冲。研究表明高次谐波的转换效率与波长的多次方为反比关系，因此减小波长将会大大增加转换效率。实验中若将1030nm的光先倍频至515nm，再驱动高次谐波产生过程，能够将使产生极紫外脉冲的效率提高两个数量级。

本期介绍的工作提出了一种采用掺镱超快光纤激光器倍频得到515nm，进而利用空芯光纤进行后置压缩的方式得到高能量高效率的亚15fs的激光器，整体装置示意图如图1所示。

图1 装置整体示意图

作者采用一台平均功率为50W的掺镱光纤激光系统，脉冲宽度为135fs。为了得到515nm脉冲，作者综合考虑转化效率、脉冲时间、空间光轮廓，选择了1mm厚的BBO晶体进行倍频。掺镱光纤激光器的脉冲在不同功率下（166kHz和500kHz条件下）通过晶体后的结果如图2所示，其效率最高可达40．6％（166kHz）和33．8％（500kHz）。随后用反射镜将倍频后的515nm的光导入空芯光纤。空芯光纤长1m，纤芯直径为250μm，内部充有氪气。经空芯光纤光谱展宽后，通过三对定制的啁啾镜反射18次进行色散补偿，最终作者得到了高能量的亚15fs脉冲。

图2 不同功率下（166kHz和500kHz条件下）通过BBO晶体的效率及脉宽

在空芯光纤内，光谱在不同氩气压强下展宽结果不同，具体如图3所示。进一步测量发现在1．2bar时光斑轮廓开始不稳定，综合考虑光谱展宽和光斑质量，作者选择900mbar为工作气压。通过SHG－FROG测量压缩后的脉宽为14．8fs（如图4），随后改变频率为500kHz，重复上述结果得到了宽度为14．9fs的脉冲。

图3 不同压强下光谱展宽量及透过效率（166kHz条件下）

图4 SHG－FROG测量结果（166kHz、900mbar条件下）

本文利用BBO晶体倍频、空芯光纤展宽、啁啾镜压缩的技术方案，以掺镱光纤激光器作为初始光源，在515nm的波长下获得了亚15fs、平均功率大于10W、效率高于20％的脉冲光。这种可见光波段的高能超短脉冲将为后续高次谐波的产生提供新的驱动源，助力超短XUV脉冲的多项实际应用。

参考文献：

［1］ Dominique Descamps， Florent Guichard， Stéphane Petit， Sandra Beauvarlet， Antoine Comby， Lo?c Lavenu， and Yoann Zaouter，＂High－power sub－15?fs nonlinear pulse compression at 515?nm of an ultrafast Yb－doped fiber amplifier，＂ Opt． Lett． 46， 1804－1807 （2021）

原文标题 : 超快非线性光学技术之二十三高功率亚15fs绿光（515nm）脉冲