Применение решетки Spectrogon для оценки вклада дисперсии групповой задержки в сигнал оптического параметрического осциллятора обратной волны

Введение

Методы компрессии лазерных импульсов широко применяют для получения ультракоротких импульсов субпикосекундной и фемтосекундной длительности. При таких длительностях протяженность импульса в пространстве составляет микроны. Кроме того, при сжатии лазерного импульса сильно повышается его мощность, в соответствии с законом сохранения энергии распределенная во временном интервале энергия импульса концентрируется после сжатия в предельно короткий временной диапазон, что в конечном итоге приводит к существенному повышению мощности и интенсивности излучения.

При падении импульса с нормальной оптической дисперсией на устройство компрессии импульса длинноволновая часть излучения проходит через оптическую систему быстрее, чем коротковолновая. Формируя определенную конструкцию устройства компрессии импульса, можно добиться того, что длинноволновая часть импульса проходит более длинный путь, тогда в оптимальном случае на выходе образуется ограниченный импульс.

В настоящей статье приводится рассмотрение применения устройства компрессии импульса, в основе которого используется диспергирующая решетка производства компании Spectrogon, применительно к исследованию свойства передачи частотной модуляции оптического параметрического осциллятора обратной волны. Компрессия импульсов демонстрируется для импульсов накачки с длиной волны 800 нм, преобразованных оптическим параметрическим осциллятором обратной волны в прямой сигнал длительностью 150 пс по уровню половинной амплитуды, до 1.3 пс.

Экспериментальная схема

Экспериментальная установка, использованная для преобразования импульсов приведена на рис. 1. Излучение титан-сапфирового регенеративного усилителя, работающего на частоте 1 кГц было использовано в качестве импульса накачки. Центральная длина волны импульсов накачки составляла 800 нм, ширина спектральной полосы по уровню половинной амплитуды – 5.5 нм, длительностью импульса – 240 пс. В качестве оптического параметрического осциллятора обратной волны был использован периодически поляризованный KTP кристалл, легированный рубидием (PPRKTP), с периодом квазисинхронизации 509 нм, длиной решетки 7.3 мм и толщиной 1 мм. При падении импульсов накачки кристалл генерировал прямой сигнал на длине волны 1.4 мкм и обратный сигнал на длине волны 1.87 мкм. Для оценки вклада дисперсии групповой задержки был использован компрессор, состоящий из углового зеркала для обратного отражения рассеянного пучка на чирпирующую отражательную решетку с золотым покрытием (900 лин/мм, 30 × 110 × 16 мм) от Spectrogon и перископа, который обращал траекторию пучка на разной высоте решетки. Угловое зеркало было размещено на трансляционной подвижке для тщательной регулировки отрицательной дисперсии групповой задержки, введенной в компрессор.

Рисунок 1. Схема компрессии прямого сигнала от оптического параметрического осциллятора обратной волны (BWOPO)

Результаты

На рисунке 2 показан спектр сигнала от оптического параметрического осциллятора обратной волны, измеренный до и после компрессора. Полный спектральный состав излучения, проходящего через компрессор, сохранялся. Измеренная ширина импульса, равная 2.8 ТГц, соответствовала пределу преобразования Фурье, равному 157 фс по уровню половинной амплитуды. Этот факт свидетельствует о том, что после компрессора в случае компенсации полной дисперсии могут быть получены субпикосекундные импульсы.

Рисунок 2. Спектр сигнала от оптического параметрического осциллятора обратной волны до и после компрессора

Излучение, прошедшее через компрессор на основе дифракционной решетки от Spectrogon, было направлено на автокоррелятор. Сигнал от оптического параметрического осциллятора обратной волны до сжатия составлял 150 пс по уровню половинной амплитуды, то есть был равен почти половине длительности импульса накачки, как показано на спектре, приведенном на рис. 2. Самый короткий импульс был получен при длине компрессора с отражающей решеткой от Spectrogon, равной 37.9 см, что соответствовало сжатию почти в 115 раз. Автокорреляционная функция для максимально допустимого сжатия показана на рис. 3 и наилучшим образом соответствует форме Лоренца для длительности импульса 650 фс, то есть для полосы пропускания 218 ГГц. Однако кубическая фаза, возникавшая в компрессоре с диспергирующей решеткой Spectrogon, формировала пучок Эйри и ограничивала максимально достижимое сжатие. Сжатый выходной импульс, преобразованный компрессором, соответствовал длительности 1.3 пс и мощности 6 мВт.

Рисунок 3. Автокорреляционная функция сжатого импульса, аппроксимированная контуром Лоренца

Таким образом, широкополосный линейно чирпированный сигнал от оптического параметрического осциллятора обратной волны с длиной волны 1.4 мкм был сжат в 115 раз до 1.3 пс с применением компрессора, состоящего из одной чирпирующей решетки и углового зеркала, что подтверждает возможность когерентной фазовой передачи полосы шириной около 220 ГГц оптическим параметрическим осциллятором обратной волны, преобразовывающем излучение накачки с длиной волны 800 нм в прямой сигнал с длиной волны 1.4 мкм.

Opt. Lett. 44, 12 (2019) 3066

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Spectrogon на территории РФ