Фемтосекундная лазерная система с импульсной накачкой генератора и усилителя при использовании одного силового блока

Уже на протяжении нескольких десятилетий развитие методов генерации сверхкоротких импульсов является самостоятельной актуальной научно-технической задачей. Идёт постоянное совершенствование как способов получения импульсов, так и методов их использования. Целью данной работы являлось исследование возможности реализации согласованной работы двух принципиально разных типов лазеров накачки фемтосекундного генератора и усилителя на одном одноламповом квантроне и создание на этой основе компактной мощной фемтосекундной лазерной системы с импульсной накачкой и одним силовым блоком.

Осуществлена практическая реализация на одном квантроне с двумя активными элементами и одной лампой накачки двух типов импульсных лазеров (нано- и пикосекундного, работающих, соответственно, в режиме модулированной добротности и синхронизации мод). Получены требуемая синхронизация во времени момента формирования импульса накачки фемтосекундного усилителя и области квазистационарной генерации импульсов в выходном излучении фемтосекундного Ti:сапфирового генератора и необходимые взаимосогласованные энергетические параметры выходного излучения лазеров накачки фемтосекундного генератора и усилителя.

На этой основе разработана компактная импульсная моноблочная лазерная система, способная обеспечить генерацию фемтосекундных импульсов длительностью 50–150 фс с энергией до 1 мДж и достаточно высокой частотой повторения импульсов (вплоть до 1 кГц, что определяется типом используемых квантрона и блока накачки). В лазерной системе использована компактная совмещённая схема стретчера-компрессора с одной общей дифракционной решёткой.

Лазерные системы подобного типа, характеризуемые относительно низкой стоимостью за счёт использования одного силового блока питания для одновременной накачки усилителя и генератора, а также более низкими требованиями к качеству оптических элементов и условиям эксплуатации благодаря импульсному режиму работы, представляются достаточно практичными. Они могут найти применение как в научных исследованиях в области сверхскоростной кинетической спектроскопии и нелинейной оптике, так и в многочисленных технических приложениях, в частности в прецизионной обработке материалов, как оптические имитаторы воздействия тяжёлых заряженных частиц при проведении испытаний радиационной стойкости интегральных микросхем и электронных модулей.

1. Keller U. Recentdevelopmentsin compactultrafast lasers / U. Keller // Nature. ‒ 2003. ‒ Vol. 424(6950). ‒ Рp. 831–838.

2. Крюков П.Г. Лазеры ультракоротких импульсов / П.Г. Крюков // Квантовая электроника. ‒ 2001. ‒ Т. 31. ‒ С. 95‒119.

3. Spence D.E., Kean P.N., Sibbett W. 60-fsec pulse generation from a self-mode-locked Ti:sapphire laser / D.E. Spence, P.N. Kean, W. Sibbett // Opt. Lett. ‒ 1991. ‒ Vol. 16, iss. 1. ‒ Рp. 42‒44. DOI: 10.1364/OL.16.000042

4. Ell R. Generation of 5-fs pulses and octavespanning spectra directly from a Ti:sapphire laser / R. Ell [et al.] // Opt. Lett. ‒ 2001. ‒ Vol. 26, iss. 6. ‒ Pp. 373‒375. DOI: 10.1364/OL.26.000373

5. Kisel V.E. Femtosecond pulse generation with a of the amplified femtosecond pulse diode-pumped Yb3+:YVO laser / V.E. Kisel [et al.] // Opt. Lett. ‒ 2005. ‒ Vol. 30, iss. 10. ‒ Pp. 1150‒1152. DOI: 10.1364/OL.30.001150

6. Gürel K. Green-diode-pumped femtosecond Ti:sapphire laser with up to 450 mW average power / К. Gürel [et al.] // Optics express. ‒ 2015. ‒ Vol. 23, no. 23. ‒ Pp. 30043‒30048. DOI: 10.1364/OE.23.030043

7. Sell A. 8-fs pulses from a compact Er:fiber system: quantitative modeling and experimental implementation / A. Sell [et al.] // Opt. Exp. ‒ 2009. ‒ Vol. 17. ‒ P. 10.

8. Борисевич Н.А. Квантовая электроника / Н.А. Борисевич [и др.]. ‒ 1999. ‒ Т. 28, № 3. ‒ С. 225‒231.

9. Stsiapura V.I. Charge transfer process determines ultrafast excited state deactivation of thioflavin T in low-viscosity solvents / V.I. Stsiapura [et al.] // J. Phys. Chem. A. – 2010. – Vol. 114, no. 32. – Pp. 8345−8350. DOI: 10.1021/jp105186z