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Einfacherer Zugang zu Pulsen unter 5 fs und mit hoher Energie
Die hohe Pulsenergie und Langzeitstabilität einesAstrella-Ultrafast-One-Box-Verstärkers von 바카라 카지노, zusammen mit einem neuartigen Hohlfaserkompressor und einem einsatzbereiten Kompressor/D-Scan-Messsystem, bieten einen einfacheren Weg zu ultrakurzen(unter 5fs) Pulsen.
우버블릭
Damit Ultrafast-Pulse für einen möglichst breiten Anwendungsbereich zugänglich gemacht werden können, hat 바카라 카지노 ein umfassendes Programm von Designmethoden, Materialqualifizierung und -beschaffung sowie HALT/HASS-Testprotokollen eingeführt, das unter dem Namen "초고속 과학의 산업 혁명"(industrielle Revolution in der Ultrafast-Wissenschaft) läuft. Dieser Ansatz betont die Leistung, die Einfachheit der Bedienung, die Wiederholbarkeit und die Zuverlässigkeit. Die Astrella Kilohertz-Verstärker sind herausragende Beispiele für diese Revolution. Sie bieten den ersten einsatzbereiten Zugang zu Pulsbreiten von bis zu 35 fs mit Pulsenergien von bis zu 10 mJ bei den neuesten Modellen. Einige wichtige neue Anwendungen in der Physik, Photochemie und Materialwissenschaft benötigen jedoch noch kürzere Pulse und/oder höhere Spitzenleistungen – zum Beispiel, um Attosekunden-Röntgenpulse zu erzeugen oder Bursts relativistischer Elektronen zu erzeugen. Wir zeigen in diesem Artikel, wie Professor John Tisch und Dr. Daniel Walke vom Imperial College of London in Zusammenarbeit mit 바카라 카지노 und Sphere Ultrafast Photonics die Einfachheit und stable Strahlqualität eines Astrella-Verstärkers genutzt haben, um Pulsbreiten von 5 fs mit Pulsenergien von bis zu 2mJ zu erreichen. Erreicht wurde dies durch die Kombination der Astrella mit einem Hohlfaser-Pulskompressor(HFC) der nächsten Generation und einem handlichen Pulskompressor/D-Scan-Messsystem. Somit bietet dies relativ einfache und kompakte System einen unkomplizierten Zugang zu einem Pulsbreiten-/Spitzenleistungsbereich, der bis vor kurzem nur in einer Handvoll spezialisierter Laserlabors verfügbar war.
Astrella-integrierter Verstärker
산타클라라 durchgeführt에 있는 Anlage von 바카라 카지노의 사망 시연. Abbildung 1 zeigt zusammenfassend, dass die drei Hauptkompontenen des Experimentellen Aufbaus ein아스트렐라-Verstärker, ein kundenspezifischer HFC der Gruppe von Professor Tisch zur Erweiterung der Bandbreite und ein Kompressor/Metrologie-D-Scan-System von Sphere Ultrafast Photonics zur gleichzeitigen Messung und Optimierung (d. h. Rekomprimierung) der endgültigen Ausgangspulse sind.
압빌둥 1.Versuchsaufbau für die Erzeugung und Messung von 5-fs-Pulsen. Der Ausgang eines 바카라 카지노 Astrella-Verstärkers wird durch eine Linse(f=1m) in eine Differentenziell gepumpte Hohlkernfaser mit 250μm Innendurchmesser fokussiert, die entweder mit Neonoder Heliumgas unter Druck gesetzt wird. Die Pulsenergie vom Astrella wurde über einen Bereich von 0–7 mJ mit einer Wellenplatte-Polarisator-Kombination gesteuert(nicht gezeigt). Der spektral verbreiterte Ausgang der Hohlkernfaser wird durch einen konkaven Silberspiegel (f=0,75 m) neu kollimiert, bevor er sowohl komprimiert als auch durch das D-Scan-Blue-System gemessen wird. Für den D-Scan Messkopf wird nur eine durchschnittliche Leistung von wenigen mW benötigt. Daher werden Strahlteiler verwendet, um den wattstarken(~1mJ bei 1kHz) Strahl aus der Hohlfaser abzutasten. Der in den Strahlabzug eintretende Strahl würde im Allgemeinen für Experimente zur Verfügung stehen.
데르일관된 아스트렐라ist ein Beispiel für die neueste Generation von Ultrafast-Verstärkern mit einer Titan-Saphir-Box. Der Astrella ist in der Lage, über 7mJ pro Puls bei einer Pulsbreite <35fs, einer Wellenlänge von 800nm 및 einer Wiederholrate von 1kHz zu erzeugen. Sämtliche Laserkompontenen befinden sich in dem kompakten Kopf(26 cm x 79 cm x 125 cm). Dazu gehören ein Vitara-One-Box-Oszillator, ein Pulspicker, ein Pulsdehner und ein regenerativer Verstärker, der von einem gütegeschalteten Nd:YLF-Laser der Revolution-Serie von 바카라 카지노 gepumpt wird, sowie ein Ausgangskompressor. Diese spezielle Architektur는 optisch anspruchsvolle Anwendungen wie die hier beschriebene Arbeit, da die Strahlqualität und -stabilität, die mit einer stable regenerativen Verstärkerkavität erreicht werden kann(im Gegensatz z. B. zu einem)에 이상적입니다. 멀티패스 Verstärker). Ein Symmetrischer Gauß-Strahl und eine stable Ausrichtung des Strahls sind erforderlich, um eine enge Fokussierung in die kleine Eingangsöffnung der Hohlkernfaser zu ermöglichen – um eine stable HFC-Leistung zu gewährleisten und Schäden an der Faser zu vermeiden. Die während dieser Experimente gemessene Strahlqualität des Astrella betrug M² < 1,04.
압빌둥 2.Der integrierte Astrella-Verstärker zeichnet sich durch einen Ausgangsstrahl mit niedrigem M2-Wert, hohe Ausrichtungsstabilität und geringes Ausgangsrauschen aus. Der Ausschnitt zeigt typische Nahfeld-M2-데이텐.
Die Stabilität, Zuverlässigkeit und Strahlqualität des Astrella wurde im Rahmen der laufenden industriellen Revolution in der Ultrafast-Wissenschaft von 바카라 카지노 maximiert. Dabei wenden wir Methoden, Materialien und Praktiken an, die sich seit langem bei unseren Industrielasern bewährt haben. Diese Laser werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein 24/7-Betrieb und geringe Wartungsanforderungen für Fertigungsprozesse mit hohem Durchsatz Absolut entscheidend sind. Dies erfordert einen umfassenden und kompromisslosen Ansatz bei der Stabilität und Zuverlässigkeit des Lasers. Beispielsweise wählen wir die Materialien des Astrella so aus, dass sie bei jeder Betriebstemperatur und bei Einwirkung von Laserlicht nur geringfügig ausgasen.
Genauso wichtig ist, dass das Design und die Herstellung (und sogar der Versand!) des Astrella, seine optomechanischen Kompontenen und jedes Teilsystem mit Hilfe von HALT/HASS-Protokollen optimiert wurden. 바카라 카지노 ist in anderen Technologiebereichen weit verbreitet und anerkannt und hat in der Laserindustrie Pionierarbeit bei der Anwendung der Quantumn HALT/HASS-Methoden geleistet - siehe Seitenleiste.
Daher zeichnet sich der Astrella durch ein geringes Ausgangsrauschen(0,5% rms) und eine geringe Drift sowie eine unübertroffene Stabilität der Strahlausrichtung(<10 µrad rms) aus: Das System kann bei langen und komplexen Datenläufen, sogar bei 2D- 및 3D-Spektroskopiestudien, die sich über mehrere Tage erstrecken, ungehindert arbeiten.
최적화자 Hohlfaserkompressor
diesem Demonstrationsexperiment wurden die Ausgangspulse einesAstrella-Verstärkers(35fs Pulsbreite 및 1kHz Wiederholrate) in einem HFC fokussiert. Dabei는 spektrale Verbreiterung ausgenutzt, die durch die Selbstphasenmodulation(SPM)을 einer Hohlfaser mit Edelgas verursacht wird에서 사용합니다. Die Faser fungiert dabei als dielektrischer Wellenleiter, der den Strahl einschließt und eine lange Interaktionslänge bei hoher Intensität ermöglicht. Dieser bewährte Ansatz gestattet nachweislich die Erzeugung von Laserpulsen mit hoher Leistung(bis zu 5mJ) und wenigen Zyklen bei kHz-Wiederholraten.
Dabei wurde eine Differentenziell gepumpte Hohlfaser verwendet. Das von Professor Tisch und anderen entwickelte Differentielle Pumpen nutzt die geringe Gasleitfähigkeit der Hohlfaserkapillare, um durch Differentielles Pumpen einen Druckgradienten entlang der Faser aufrechtzuerhalten und ein Vakuum am Eingang zu erzeugen. Dies reduziert die Plasmabildung am Fasereingang, wo die Laserintensität am höchsten ist. (In einer statisch gasgefüllten Hohlfaser würde die Plasmabildung auf der Eingangsseite andernfalls zu einer Verringerung der Kopplungseffizienz und der Shot-to-Shot-Stabilität führen, da sich die Größe und Position des Fokus am Eingang von seinem Optimum entfernt). Wie in Abbildung 1schematisch dargestellt, ermöglicht eine Separate gasgefüllte Zelle (Helium oder Neon) am Ausgang des HFC den Aufbau eines Differenzdruckgradienten entlang der Faser, während das Vakuum (<1 mbar) in der Eingangszelle erhalten bleibt.
In diesen Experimenten wurden die Astrella-Ausgangspulse durch eine breitbandige Linse mit Antireflexbeschichtung und einer Brennweite von 1m fokussiert und ohne active Stabilisierung über ein 0,5mm Dickes, mit Quarzglas beschichtetes Eingangsfenster in den Eingang einer 1m langen Quarzglas-Hohlfaser(Innenradius a = 125μm) geleitet, die sich in einer evakuierten Zelle befand. Die Gaußsche Strahltaille im Fokus wurde mit ~160μm gemessen. Dies erfüllt die Bedingung w0 = 0,64a für eine Optimice Energieeinkopplung in eine Hohlkernfaser und führt zu Brennpunktintensitäten in der Größenordnung von 1014 W/cm2. Die exakte Intensität hängt von der Pulsenergie ab, die mit Hilfe einer λ/2-Wellenplatte, die bei diesen Experimenten vorübergehend vor dem Kompressor des Astrella-Systems platziert wurde, kontinuierlich im Bereich von 0,5–7 mJ eingestellt werden konnte. Durch die Kombination des hochstabilen Eingangsstrahls aus dem Astrella-Verstärker und einer Differentenziell gepumpten Hohlfaser konnte das System an jedem Tag der Aktion ohne aktive Rückkopplung oder Neuausrichtung durch die Benutzer kontinuierlich laufen.
Im Falle von Neon ergab die SPM in dieser HFC-Anordnung eine Bandbreite, die den Bereich von 550–1000 nm abdeckte. Nach dem Verlassen der Gaszelle durch ein 0,5-mm-Brewster-Fenster aus Quarzglas wurden diese Breitbandpulse komprimiert und ihre vollständigen Zeit- und Phasenprofile mit einem D-Scan-Blue-System(Sphere Ultrafast Photonics, 포르투갈 포르투)최고입니다.
D-Scan-Pulskompressor/Pulszeitmessung
Es gibt mehrere Ansätze, die verschiedene Aspekte von Femtosekundenpulsen charakterisieren können, aber die D-Scan-Blue-Einheit, die in dieser Demonstration verwendet wurde, bot eine Reihe von Vorteilen, einschließlich der Fähigkeit, Pulse im Bereich von wenigen Zyklen mit Weltrekorddauern(bis hin zu Einzelzykluspulsen) zu messen und zu komprimieren. Die einfache und schnelle Handhabung macht D-Scan zum perfekten Werkzeug für die HCF-Messung und Optimierung. Erstens ermöglicht es sowohl die Komprimierung/Kontrolle als auch die zeitliche Messung in einem einzigen Gerät. Zweitens ist es ein Robustes, in sich geschlossenes Gerät, das sehr tolerant gegenüber Fehlausrichtungen des Eingangsstrahls ist (sogar ± ein paar Grad) und daher schnell eingerichtet werden kann. Drittens ist es schnell und liefert eine vollständige Pulscharakterisierung(Phase und Amplitude) in weniger als 1 Minute für Kilohertz-Pulswiederholraten. Der Benutzer hat außerdem die Möglichkeit, per Knopfdruck die kürzestmögliche Pulsbreite zu erzielen, ohne dass spezielle Kenntnisse der Pulsmesstechnik erforderlich sind.
Außerdem kann die D-Scan-Methode dem anspruchsvollen Benutzer einen Detaillierten Datensatz zur Pulscharakterisierung liefern. Zum Beispiel kann der Benutzer Diagramme aller wichtigen Wellenlängen-, Phasen- und Intensitätsparameter ausgeben, welche die Intensität im Vergleich zur Wellenlänge, die Intensität im Vergleich zur Zeit, die Phase im Vergleich zur Wellenlänge und die Phase im Vergleich zur Zeit darstellen. Das D-Scan-Instrument kann somit aufzeigen, ob es einen Pulsbruch gibt und auch die volle Phase der Pulse aufzeigen, d. 시간. die Restdispersion in allen Ordnungen, einschließlich der Dispersion dritter Ordnung(TOD) und der Dispersion vierter Ordnung(FOD).
Wie andere Methoden zur Messung der Pulsdauer nutzt das D-Scan-Gerät optische Effekte, um Phaseinformationen in ein Amplitudensignal umzuwandeln, das von einem Photodetektor-Array erfasst werden kann. Die auf ein HCF-System zugeschnittenen D-Scan-Module bestehen aus einem Kompressor mit gechirptem Spiegel, der über ein Paar dünner Glaskeile auf Translationsstufen verfügt, die sowohl positive as auch negative Dispersion bieten. Nachdem die Pulse den Kompressor passiert haben, wird ein kleiner Teil in einem nichtlinearen Kristall der zweiten Harmonischen unterworfen. 결과적으로 Spektrum은 Funktion der eingeführten Dispersion gemessen으로 온라인-Überwachung der Pulse ermöglicht가 되었습니다. Durch die Messung des Spektrums des nichtlinearen Signals für verschiedene Eingangsphasen (Glaseinsätze) um den Punkt der maximalen Kompression herum, erhält man eine zweiDimensione Spur (D-Scan-Trace – 약어 3의 "gemessen"), die es ermöglicht, die spektrale Phase der Pulse über einen iterativen Algorithmus vollständig zu ermitteln(약어 3의 'ermittelt'). Im Betrieb는 D-Scan-Einheit die Glaskeildispersion automatisch um denoptimen Kompressionswert herum ab, d를 맛보았습니다. 시간. kürzeste erreichbare Pulsbreite를 죽입니다. Interne Algorithmen verarbeiten dann die SHG-Spektren und leiten daraus einen vollständigen Phasen-/Intensitäts-/Wellenlängen-/Zeit-Datensatz ab.
Diskussion der vorläufigen Daten
In einer ersten Reihe von Experimenten mit diesem Aufbau Demonstrierten die Forscher Pulse unter 6 fs mit einer HFC-Ausgangsenergie von 0,7 mJ bei einer Eingangspulsenergie von 1,5 mJ. Sie stellten fest, dass diese Ausgangsleistung durch die Ionisierung des Neongases begrenzt wurde. Eine höhere Ausgangsleistung kann mit Helium als nichtlinearem Medium erreicht werden, das ein größeres Ionisierungspotenzial, aber auch einen niedrigeren nichtlinearen Index, d. 시간. eine geringere SPM-Effizienz, aufweist. Mit 3,4bar(am HFC-Ausgang) Helium als nichtlinearem Medium erreichten sie 6-fs-Pulse mit einer HFC-Ausgangsenergie von 2mJ bei einer Eingangspulsenergie von 5mJ. Von Professor Tisch wurde angemerkt, dass in Zukunft höhere Ausgangsenergien möglich wären, wenn man einen HFC mit größerem Durchmesser verwenden würde, wodurch die Menge der übertragenen Energie erhöht werden könnte, ohne die Intensität innerhalb der Faser zu 에르회헨.
압빌둥 3.Oben (링크): Gemessen und (rechts): angepasste D-Scan-Daten von komprimierten Pulsen unter Verwendung einer Differentenziell gepumpten Hohlfaser (250 Mikrometer Durchmesser und 1 m Länge), die am Ausgang mit Neongas auf 3 bar unter Druck 조심하세요. Eingangslaserpulses 에너지는 1,5mJ(1kHz Pulswiederholrate에 따라 1,5W)이고 Energie des Ausgangspulses는 0,77mJ입니다. Unten (링크): Pulsspektrum und ermittelte spektrale Phase; (rechts) Ausgangspuls im Zeitbereich, begrenzter Fourier-Transformationspuls und ermittelter Puls, der eine Dauer von 5,1 fs FWHM aufweist.
Pulsdatensatz |
|
Ermittelter 펄스 FWHM |
5,1 fs |
푸리에 변환 begrenzter FWHM |
4,5 fs |
상대 Spitzenleistung |
76.5% |
타벨.Zusammenfassung der Impulsanalyse für den in Abbildung 3 gezeigten Datensatz. Dierelative Spitzenleistung ist die Spitzenleistung des komprimierten Pulses im Vergleich zum Idealen, durch Fourier-Transformation begrenzten Puls.
Abbildung 3 zeigt einige typische Daten aus dem mit Neon gefüllten HFC-Setup mit den allgemeinen Pulsparametern, die in der nebenstehenden Tabelle zusammengefasst sind. Die Abbildung zeigt die gemessenen D-Scan-Daten und die "ermittelte" D-Scan-Trace, die durch den proprietären iterativen Algorithmus des D-Scan-Blue-Systems erhalten wurde. Diese speziellen Daten zeigen den Effekt einer gewissen Restdispersion dritter Ordnung (TOD) im Bereich von 40–60 fs2, wie die kleine Neigung in der D-Scan-Trace zeigt, die zu einerrelativen Spitzenleistung von 76% im Vergleich zur Idealen(Fourier-begrenzten) Kompression führt. Die Forscher gehen davon aus, dass sie bei den nächsten Experimenten durch Optimierung der HFC-Parameter und sorgfältiges Dispersionsmanagement, z. B. mit einer Wasserzelle, einen niedrigeren TOD, kürzere Pulsbreiten und höhere Spitzenleistungen erzielen können. Dank der einfachen Bedienung des D-Scan-Systems konnten die Forscher den Parameterraum für das HFC-System schnell durchforsten(z. B. änderung des Gasdrucks und der Eingangspulsenergie) 및 dabei den Ausgangspuls überwachen. Dies bietet eine unkomplizierte Methode zur Optimierung der Leistung solcher HFC-Systeme.
Tisch erklärt den Zusammenhang dieser ersten Ergebnisse 교수: „Die meisten Nutzer von Hohlfasern injizieren etwa 1mJ in ihre Fasern. Dies ist die typische Energiegrenze, wenn kein Differentielles Pumpen eingesetzt wird, d. h. wenn die Hohlfaser mit einem gleichmäßigen Gasdruck gefüllt ist. Nur wenige Gruppen mit HFC, die deutlich über 2mJ liegen, die dies tun, es ist auch wichtig zu erwähnen. dass wir in dieser Kampagne 5 mJ in eine Standardfaser einkoppeln konnten, und zwar ohne spezielle Anpassungen des Fasereingangs (wie sie von einigen anderen Gruppen verwendet werden) mit angemessener Effizienz und ohne die Hohlfaser zu beschädigen Dies ist ein Beweis. für die hervorragende Strahlqualität und die hohe Strahlpunktstabilität des Astrella.“
Zusammenfassung
Die kurze Geschichte der Ultrafast-Laserpulse zeigt, dass Fortschritte bei Lasern und verwandten Technologien einen routinemäßigen Zugang zu immer kürzeren Pulsbreiten und höheren Spitzenleistungen ermöglichen. Dieser einfache Zugang ist der Schlüssel, um diese Pulse aus dem Speziallaserlabor in das breitestmögliche Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen zu Bringen, von der Zellbiologie bis zur Teilchenphysik. Die neueste Generation integrierter Verstärker – wie der아스트렐라 – ermöglicht bereits heute den einfachen Zugang zu verstärkten 35-fs-Pulsen im Millijoule-Bereich. Die hier beschriebene Arbeit weist hoffentlich den Weg zu einem weiteren Ultrafast-Meilenstein, bei dem Hochleistungspulse unter 5 fs routinemäßig in verschiedenen, aber ebenso wichtigen Zweigen der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden können.
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Der Einfluss von HALT/HASS auf die Laserstabilität und -zuverlässigkeit
Die sorgfältige Auswahl der Materialien und die Verbesserung der optomechanischen Kompontenen und des Systemdesigns sind nur ein Teil der Gründe für die unübertroffene Zuverlässigkeit und den stable Betrieb des Astrella. Der Astrella는 HALT(Highly Accelerated Life Testing) 기술을 사용하여 최적의 기술을 개발했습니다. Dabei handelt es sich um einen bewährten Ansatz, bei dem ursprüngliche Kompontenen- und Systemdesigns verbessert werden, indem Kompontenen und Systeme bis zum Versagen getestet werden, der Fehlermechanismus bzw. die Fehlermechanismen analyzesiert werden, die Fehlerursache beseitigt wird und dann die harten 테스트 iterativ wiederholt werden, bis alle identifizierbaren Fehlermechanismen beseitigt sind.
Die Eergebnisse von HALT nutzen wir dann, um ein effektives Endprüfungsprotokoll zu entwickeln(HASS steht für Highly Accelerated Stress Screening), das Schwächen oder Fehler in der Produktherstellung ausschließt, ohne die Lebensdauer der an die Kunden ausgelieferten Geräte zu verkürzen. Zusätzlich zu anderen 테스트 werden die montierten Astrella-Laser in dieser Kammer einer strengen vorprogrammierten Routine mit schwankenden Vibrationen und plötzlichen Temperaturschwankungen unterzogen. Bei jedem Astrella, dessen Leistung sich am Ende der HASS-Tests in irgendeiner messbaren Weise verändert, wird der Versand verweigert.
Beweise aus zahlreichen Branchen bestätigen, dass eine erfolgreiche HALT/HASS-Prüfung ein vollständiges Eindringen erfordert. 바카라 카지노 ist stolz darauf, der erste Hersteller wissenschaftlicher Laser zu sein, der in die Testhardware und -software for die HASS-ZertifizierungInvestiert hat; allein die Umwelttestkammer stellt eine beträchtliche Investition dar. Mit dem Astrella haben wir bewiesen, dass selbst ein so komplexes Produkt wie ein Ultrafast-Verstärker nach mehreren HALT-Iterationen und einer abschließenden HASS-Prüfung schließlich dieser unerbittlichen Verbesserung nachgibt und Extreme Zuverlässigkeit und Langlebigkeit bietet.