Разработка лазерных источников

Оптическое параметрическое усиление чирпированных импульсов

Оптическое параметрическое усиление чирпированных импульсов — единственная доступная в настоящее время технология, одновременно обеспечивающая высокую пиковую и среднюю мощность при длительности импульсов в несколько оптических циклов.

Обсудить продуктовое решение

Описание

От CPA к OPCPA

Технология усиления чирпированных импульсов (CPA) для высокоэнергетических лазеров, удостоенная Нобелевской премии в 2018 году, произвела революцию во всей области физики ультракоротких лазерных импульсов. Метод CPA предназначен для повышения мощности ультракоротких импульсов без оптического повреждения активной лазерной среды. Сегодня он широко применяется в современных лазерных усилительных системах ультракоротких импульсов — как в компактных системах, например лазерах CARBIDE и PHAROS, так и в крупных лазерных системах с петаваттной пиковой мощностью. Однако для многих научных применений требуются импульсы высокой интенсивности в различных спектральных диапазонах, что привело к разработке оптического параметрического усиления чирпированных импульсов (OPCPA).

Применение OPCPA

Первый эксперимент, подтвердивший возможность растяжения, усиления и сжатия чирпированных импульсов в оптическом параметрическом усилителе (OPA), был проведён в 1992 году исследовательской группой Вильнюсского университета под руководством профессора A. Piskarskas. Было предложено усиливать чирпированные и растянутые сигнальные импульсы в OPA высокоэнергетическими импульсами накачки, чтобы повысить мощность фемтосекундных импульсов до тераваттного уровня. С тех пор технология OPCPA стала широко признанным и быстро развивающимся методом усиления для генерации мощных фемтосекундных импульсов; современные системы достигают петаваттной пиковой мощности. Технология OPCPA формирует не только импульсы сверхвысокой мощности, но и предельно короткие импульсы длительностью в несколько оптических циклов, экспериментально полученные в видимом (VIS), ближнем инфракрасном (NIR) и среднем инфракрасном (MIR) спектральных диапазонах. В настоящее время OPCPA — единственная лазерная технология, одновременно обеспечивающая высокую пиковую и среднюю мощность и длительность в несколько оптических циклов, необходимые для наиболее требовательных научных применений.

ORPHEUS-OPCPA как входной каскад

Благодаря изначально высокому временному контрасту выходных импульсов системы OPCPA также используются как входные каскады ряда лазеров сверхвысокой интенсивности и обладают определёнными преимуществами перед другими методами повышения временного контраста. Импульсы с относительно высоким контрастом после оптических параметрических усилителей затем дополнительно усиливаются в лазерных усилителях до сверхвысоких энергий. Используя стабильность лазеров CARBIDE и PHAROS, система ORPHEUS-OPCPA формирует импульсы длительностью в несколько оптических циклов со стабильной CEP в корпусе, сопоставимом по компактности со стандартными параметрическими усилителями. ORPHEUS-OPCPA также может служить источником затравочного излучения для более крупных усилителей, обеспечивая импульсы без фонового излучения с шириной спектра, соответствующей почти одноцикловым импульсам, превосходной когерентностью спектральной фазы и стабильной CEP.

SYLOS в ELI-ALPS

Ещё один выдающийся пример OPCPA — одноцикловый лазер SYLOS в ELI-ALPS (Extreme Light Infrastructure Attosecond Light Pulse Source). Лазерная система SYLOS основана на системах OPCPA с накачкой от фемтосекундного лазера PHAROS и пикосекундного лазера. Принцип работы предусматривает накачку лазером PHAROS двух фемтосекундных OPA. Первый OPA формирует импульс с пассивной стабилизацией CEP на длине волны 1.3 µm для генерации континуума белого света со стабильной CEP. Одновременно второй OPA усиливает континуум белого света в спектральном диапазоне 700–1000 nm, обеспечивая высококонтрастный затравочный импульс для последующих каскадов оптического параметрического усиления чирпированных импульсов. Импульс, усиленный до энергии 50 mJ и имеющий центральную длину волны 850 nm, сжимается последовательностью стеклянных блоков и чирпированных зеркал до длительности 10 fs. Система следующего поколения SYLOS 3 формирует импульсы с энергией около 120 mJ, стабильностью CEP менее 250 mrad и стабильностью энергии импульса менее 1%.