백서
Femtosekunden-Verstärker bietet betriebsbereiten Zugang zu Extremen Betriebsbedingungen
Dank seiner überragenden Strahlqualität und Langzeitstabilität ist der 재생성 Astrella-Verstärker는 극단적인 Betriebsbereichen의 실험을 위해 Gerät für Experimente, für die bisher komplexe Quellen und umfangreiche Laserkenntnisse erforderlich waren을 이상적으로 생각합니다. In diesem 백서 wird erläutert, wie mit diesem Ultrafast Verstärker in Industriequalität Pulsbreiten von weniger als 5 fs erreicht, EUV-Wellenlängen bis zu 13 nm erzeugt und breitbandige zweiDimensione Spektroskopiescans über 48 Stunden durchgeführt werden können.
재생형 타이탄-Saphir-Verstärker
Während neuere Laserverstärkungsmaterialien wie Ytterbium-dotierte Fasern zunehmend für Anwendungen in der Femtosekundenwissenschaft verwendet werden, sorgen die einzigartig große Bandbreite und die Verstärkungseigenschaften von Titan-Saphir (Ti:Saphir) dass diese bewährte Technologie für Anwendungen, die sehr hohe Pulsenergien erfordern, unangefochten bleibt und/oder extrem kurze Pulsbreiten bei den gängigsten Wiederholraten von 1-5 kHz. 최고의 Laserarchitektur zur Erfüllung dieser Leistungen basiert auf Chirped Pulse Amplification(CPA)과 einem regenerativen Verstärker가 있습니다. Hier wird der Ausgang eines ~80 MHz Ti:Saphir-Femtosekundenoszillators auf mehrere zehn Pikosekunden gestreckt(gechirpt), dann durch ein schnelles optisches Gatter in den Kilohertzbereich abgesenkt, bevor er in einem einoder mehrstufigen Verstärker Verstärkt wird, der von einem gütegeschalteten grünen Laser gepumpt wird. Der verstärkte Impuls – eine Nachbildung des Eingangsimpulses – wird dann auf die ursprüngliche Impulsdauer komprimiert. Vertikal integrierte Laserhersteller wie 바카라 카지노 bieten alle diese Kompontenen – Oszillator, Verstärker, Pumplaser – 또한 별도의 Geräte an, die kombiniert werden können, um die gewünschte Leistung zu erzielen. Um verstärkte Femtosekundenpulse einem möglichst breiten Anwenderkreis zugänglich zu machen, bieten wir auch "One-Box"-Verstärker an, bei denen alle diese Kompontenen in einem einzigen, 강력한 Laserkopf 통합 sind.
Bis vor Kurzem gab es bei kommerziellen Ti:Saphir-Systemen einen deutlichen Kompromiss zwischen Komplexität und Leistung. Systeme mit offener Architektur ermöglichten den Zugriff auf kürzeste Impulsbreiten und höchste Impulsbreiten und höchste Impulsenergien, wohingegen integrierte Verstärker in einem Gehäuse eine viel einfachere – häufig per Knopfdruck erfolgende – Benutzerfreundlichkeit ermöglichten, auf Kosten der Erzielung modernster Leistung. Dies hat sich nun mit integrierten Verstärkern der nächsten Generation wie der 바카라 카지노 Astrella-Serie geändert, bei denen höhere Energien und kürzere Pulsdauern den Abstand zu komplexeren Multi-Box-Verstärkern erheblich verringerten. In Verbindung mit handelsüblichem und hochentwickeltem Zubehör bietet der Astrella nun einen einsatzbereiten Zugang zu Betriebsabläufen, die früher nur in einer Handvoll spezialisierter Laserlabore verfügbar waren.
Industrielle Einfachheit und Verlässlichkeit
Die Leistung in einem kompakten Paket ist nur ein Teil der Anforderungen, die für die zunehmende Verbreitung von Ultrafast Verstärkern erforderlich sind. Der Astrella vereint außerdem Benutzerfreundlichkeit mit Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität. Diese Stronge Zuverlässigkeit/Stabilität ist das Egebnis eines Programms, das 바카라 카지노 als초고속 Wissenschaft의 산업 혁명bezeichnet. Dies umfasst ein umfassendes Programm an Designmethoden, Materialqualifizierung und -beschaffung sowie HALT/HASS-Testprotokolle. Bei HALT(고가속 수명 테스트) werden Prototypen iterativ bis zur Zerstörung getestet, neu entworfen und erneut getestet, um alle inhärenten Schwächen zu beseitigen. Beim HASS(고가속 스트레스 스크리닝)는 Produktionseinheiten vor der endgültigen Auslieferung über ihre spezifizierte Betriebsumgebung hinaus belastet. Dadurch werden etwaige Mängel bei Herstellung, Verpackung usw. herausgefunden. Abbildung 1 zeigt einen Astrella, der in unsere kundenspezifische HALT/HASS-Testkammer geladen wird.
압박 1:HALT/HASS-테스트 및 -산업 산업 Zuverlässigkeit von Astrella-Verstärkern에 대한 검사 sind Schlüsselfaktoren
Dadurch bietet Astrella Leistung auf Knopfdruck mit bis zu 7 mJ pro Puls bei 800 nm und einer Pulsbreite von < 35 fs bei einer Wiederholungsrate von 1 kHz. Sämtliche Laserkompontenen befinden sich in dem kompakten Kopf(26 cm x 79 cm x 125 cm). Diese Verstärker bieten außerdem eine hervorragende Langzeitstabilität, was bei Experimenten wie der zweiDimensionen (2D) Spektroskopie, bei denen die Datenerfassungszeiten mehrere zehn Stunden betragen können, von entscheidender Bedeutung ist.
Mehrere wichtige neue Anwendungen in der Physik, Photochemie und Materialwissenschaft benötigen noch kürzere Pulsbreiten und/oder sehr kurze Wellenlängen – beispielsweise um Pulse im Extremen Ultraviolett(EUV) 또는 Pulsbreiten von wenigen Femtosekunden zu erzeugen. 다이 변환begrenzten Pulse des Astrella zeichnen sich durch geringes Amplitudenrauschen und hohe Phasenstabilität sowie hohe Strahlqualität aus (M2< 1,25). Damit eignen sich die Pulse auch Ideal, um nichtlineare optische Prozesse anzutreiben, um diese Extremen Betriebsbereiche zu erreichen.
ZweiDimensione Spektroskopie
Zu den anspruchsvollsten Anwendungen für Ultrafast Verstärker gehören die verschiedenen Ausführungsformen der zweiDimensionen Spektroskopie. Bei der konventionellen Spektroskopie wird das Lichtsignal(IR-Absorption, Raman-Streuung etc.) in Abhängigkeit von der Anregungswellenlänge aufgezeichnet. Im letzten Jahrzehnt erfreuten sich viele Variationen zweiDimensioner Spektroskopietechniken zunehmender Beliebtheit. Dabei wird mithilfe von Laserpulsen möglichst großer Bandbreite ermittelt, wie stark unterschiedliche Molekulare Schwingungen oder elektronische Niveaus gekoppelt sind und wie stark die Dephasierungszeit dieser Kopplungen ist. Die Daten werden in der Regel als zweiDimensione Konturen dargestellt, wie in Abbildung 2 gezeigt. Die Form der Schwingungskonturen liefert auch Informationen, die es ermöglichen, diehomogenen und heterogenen Kompontenen der Lebensdauern derangeregten Zustände unabhängig voneinander zu bestimmen.
Obwohl das Konzept der 2D-Spektroskopie am einfachsten zu verstehen ist, wenn es im Frequenzbereich aufgetragen wird, werden die Daten in den meisten Experimenten als Fourier-Transformationen im Zeitbereich erfasst. Dies wird mithilfe von Breitbandimpulsen aus Femtosekundenquellen erreicht, die gleichzeitig den interessierenden Frequenzbereich abdecken. Dabei erzeugen eine einzelne Breitbandquelle und ein Pulsformer eine Pulssequenz. Das Timing zwischen zwei der eng synchronisierten Impulse wird in den Frequenzbereich umgewandelt und das Scannen des Timings zwischen den beiden Paaren ermöglicht die Bestimmung der Dephasierungslebensdauer, die manchmal als 3D-Daten bezeichnet wird. Eine ausführlichere Erklärung erhalten Sie im시옹-백서.
압빌둥 2.Ausrichtungen des카탈라이저auf der Goldoberfläche, ermittelt aus HD 2D SFG-Daten und Daten der IR-Spektroskopie im Reflexionsmodus, simuliert mit der Dichtefunktionaltheorie(DFT). 아우스리히퉁"A"ist bevorzugt. Die blauen Stäbchen stellen die Richtung der Schwingungsmoden dar. Der Einschub zeigt 2D-Datendiagramme aus dieser Studie – 2D-SFG-Daten für den oberflächengebundenen Katalysator und 2D-IR-Daten, die die gleichen Schwingungsinformationen für den Katalysator in Lösung zeigen.
Die Gruppe von Professor Wei Xiong an der University of California, San Diego, untersucht mit Hilfe der 2D-Spektroskopie, wie ein heterogener Katalysator - Re(diCN-bpy)(CO)3Cl - an eine Goldoberfläche gebunden ist und wie diese Bindung seine Dynamik beeinflusst (siehe Abbildung 2). Diese Chemikalie ist ein CO2Reduktionskatalysator und ist daher ein Kandidat für den Einsatz in nachhaltigen Energiesystemen.
Xiongs Teams führen Experimente auf der Grundlage der Summenfrequenzerzeugung(SFG) durch, einer Technik, die Xiong ursprünglich als Doktorand im Labor von Martin Zanni entwickelte. 2D-SFG는 Untersuchung oberflächengebundener Katalysatoren, da SFG-Schwingungssignale nur an Oberflächen und Phasengrenzflächen erzeugt werden에 이상적입니다. Dadurch wird das potenziell große Hintergrundrauschen aufgrund ungebundener (in Lösung befindlicher) Katalysatormoleküle weitgehend eliminiert. Da der Katalysator jedoch als Monoschicht gebunden ist, ist das SFG-Signal selbst äußerst schwach. Und das Signal eine nichtlineare Abhängigkeit von der Laserintensität aufweist, sind hohe Pulsenergien und kurze Pulsbreiten unbedingt erforderlich; Aus diesem Grund hat Xiong Astrella für diese Arbeit ausgewählt. 또한 Astrella에 대한 투자를 위한 Gründe는 Ultrafast Quelle des Labors에 포함되어 Benutzerfreundlichkeit und Langzeitstabilität에 포함되지 않습니다. "Um einen vollständigen Satz von Spektren zu verschiedenen Verzögerungszeiten - 3D-Daten - zu erhalten, müssen wir die Daten manchmal über 48 Stunden hinweg mitteln은 극단적인 Anforderungen이자 Laserstabilität stellt였습니다. Während dieser Zeit ist es wichtig, dass der Verstärkerausgang stable ist und keine Abweichungen bei der Strahlausrichtung, der Strahlqualität, der Pulsenergie usw. Die Stabilität des Astrella bedeutet, dass wir diese langen Datenläufe durchführen können, während wir den Laser von einem Büro in der Nähe des Labors aus fernsteuern .“ Xiongs Gruppe hat diesen Aufbau verwendet, um die spezifische Ausrichtung des Katalysators auf der Goldoberfläche (siehe Abbildung 2) und die Auswirkung der Oberflächenbindung auf die dynamische Kopplung zwischen Schlüsselschwingungen zu bestimmen.
Einfacher Zugang zu Pulsen unter 5 fs und mit hoher Energie
Der Astrella bietet einsatzbereiten Zugang zu Pulsbreiten von weniger als 35 fs mit Pulsenergien über 7 mJ. 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. 바카라 카지노 mit Professor John Tisch 및 Dr. Daniel Walke vom Imperial College of London sowie mit Wissenschaftlern von Sphere Ultrafast Photonics zusammengearbeitet, um die Einfachheit und stable Strahlqualität eines Astrella-Verstärkers zu nutzen, um Pulsbreiten von 5 fs mit Pulsenergien von bis zu 2 mJ zu erreichen. Wie in Abbildung 3 dargestellt, war ein Schlüsselelement dieses Aufbaus ein von Tischs Gruppe entwickelter Differentenziell gepumpter Hohlfaserkompressor (HFC), der zur Erzeugung der ultrakurzen Impulse verwendet wurde. Sphere-Team이 D-Scan-Pulskompressions-/Messsystem에 참여하여 Komponte war das vom을 구성할 수 있습니다.
압박 3:Abbildung 1. Versuchsaufbau für die Erzeugung und Messung von 5-fs-Pulsen. Der Ausgang eines kohärenten Astrella-Verstärkers wird durch eine Linse(f=1m) in eine Differentenziell gepumpte Hohlkernfaser mit 250μm Innendurchmesser fokussiert, die entweder mit Neon-oder 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. (Der Einschub zeigt typische D-Scan-Ausgabedaten im Zeitbereich, sowohl den durch die Fourier-Transformation begrenzten Impuls als auch den tatsächlich abgerufenen Impuls, was in diesem Fall eine Dauer von 5,1 fs FWHM zeigt.
Dieser Ansatz macht sich die spektrale Verbreiterung zunutze, die durch die Selbstphasenmodulation (SPM) in einer Hohlfaser mit Edelgas verursacht wird. 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.
Eine wichtige Neuerung은 Darin을 가장 잘 활용하고 있으며, HFC는 다른 제품과 다릅니다. Wie von Tisch und anderen entwickelt, reduziert das Differentialpumpen 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). Die Astrella-Pulse wurden durch eine Linse mit einer Brennweite von 1 Meter auf eine Strahltaille von ~160 µm am HFC-Eingang fokussiert. Aufgrund des hochstabilen Eingangsstrahls des Astrella-Verstärkers lief das System viele Stunden lang wiederholt, ohne active Rückmeldung oder Neuausrichtung durch die Benutzer.
Es gibt mehrere Ansätze, die verschiedene Aspekte von Femtosekundenpulsen charakterisieren können, aber die D-Scan-Blue-Einheit, die in dieser Demonstration verwendet wurde, bietet 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.
Wie im Datendiagramm in Abbildung 3 dargestellt, bietet dieser kompakte und relativ einfache Aufbau einen einsatzbereiten Zugriff auf Pulsbreiten von 5 fs mit Pulsenergien im Millijoule-Bereich. Holen Sie sich eine Detailliertere Beschreibung der데모.
Eine praktische Quelle für kohärente Breitband-EUV-Impulse(12–50nm).
Wenn er durch verstärkte Femtosekunden-Laserpulse gepumpt wird, kann ein mit Inertgas gefüllter Wellenleiter stattdessen für die Erzeugung hoher Harmonischer(HHG) konfiguriert und optimiert werden, um kurzwellige Bereiche wie das 극자외선(EUV)이 발생합니다. Kürzlich von 바카라 카지노 und K-M Labs durchgeführte gemeinsame 테스트 haben gezeigt, dass sich der Astrella aufgrund seiner Leistung, Stabilität und Strahlqualität Ideal für den Betrieb eines Wellenleitergeräts mit hoher harmonischer Erzeugung(HHG) wie der XUUS4™-시리즈 von KMLabs eignet. (HFC-Impulskompressor는 Leistung durch Differenzpumpen erreicht, um einen Druckgradienten entlang des Geräts zu erzeugen에 적합합니다.) 따라서 Erfindung des Lasers in den letzten Jahrzehnten Wissenschaft und Technologie revolutioniert hat, wird die Entwicklung kohärenter Laserquellen im Tischmaßstab im EUV- und kürzeren Wellenlängenbereich wahrscheinlich einenTransformativen Einfluss auf wissenschaftliche und technische Anwendungen haben, die laserähnliche Leistung bei diesen kurzen Wellenlängen erfordern.
압박 4:Schematische Darstellung des Aufbaus zur Erzeugung von EUV-Pulsen. Der Einschub zeigt das aufgezeichnete Spektrum der EUV-Pulse, wenn das HHG-Gas Helium mit einer optimierten Eingangspulsenergie von 6 m ist. Die spektrale Bandbreite (FWHM) der verschiedenen Harmonischen beträgt ca. 0,75nm.
Abbildung 4 zeigt die Hauptkompontenen, die bei dieser erfolgreichen HHG-데모 verwendet wurden. Das HHG는 EUV-Bildgebungsspektrometer 및 EUV-CCD-Array-Detector 분석기를 지원합니다. Wenn Argon은 Füllgas 버전으로 가장 잘 알려져 있으며, Harmonischen에서 Ausgabe가 가장 잘 알려져 있으며, 35nm Zentriert에서 "nahe-EUV"로 제작되었습니다. Bei Verwendung von Helium liegt der Schwerpunkt der Leistung bei 13,5 nm im Tiefen UV-Bereich. Alternativ kann der Wellenleiter mit einem der schwereren Edelgase – 크세논 또는 크립톤 – gefüllt werden, um längerwellige Harmonische zu erzeugen. Allen Fällen wurde festgestellt에서 dass die Optimale Eingangspulsenergie für HHG geringer ist al die Ausgangspulsenergie des Astrella, so dass die Möglichkeit besteht, die zusätzliche Pulsenergie für kombinierte Experimente, z. B. 펌프-프로브-스터디엔, zu verwenden.
Die Form der EUV-Spektren (siehe Abbildung 4) ist das Ergebnis mehrerer Faktoren, einschließlich der Spitzenintensität des Lasers zum Zeitpunkt des Pulses, wenn die Emission hell und Phasenangepasst ist, und der Reabsorption der längeren Wellenlängen das Inertgas und die Übertragung der Aluminiumfilter, die zur Unterdrückung der Grundschwingungen und Harmonischen niedrigerer Ordnung verwendet wurden. Holen Sie sich eine genauere Beschreibung derHHG-테스트.
Zusammenfassung
Kohärente Pulse mit großer Bandbreite, EUV-Wellenlängen und/oder ultrakurzen (5 fs) Pulsbreiten sind schon seit geraumer Zeit verfügbar, aber die Komplexität der Quellen, die bisher zum Erhalten dieser Pulsparameter erforderlich Waren, beschränkte ihre Verwendung auf eine Handvoll Speziallabore. Breite Anwendungen ausschließen. Die Verfügbarkeit einsatzbereiter Verstärker und zuverlässiger, aber hochentwickelter Zubehörteile ermöglicht nun einen einfachen Zugang zu Extremer Femtosekundenleistung, was Anwendungen von der Attosekundenphysik bis zur mehrDimensionen Spektroskopie zugute 알겠습니다.