솔루션 요약
코히어런트 패러데이 회전자를 사용하여 초고속 Ti:Sapphire 재생 증폭기에서 펄스 선택
1 초고속 재생 증폭기에서 고에너지 펄스 선택
출력과 입력을 분리하려면 특별한 광학 장치가 필요합니다. . . .
티타늄 첨가 사파이어(Ti:Sapphire) 결정은 가장 짧은 펄스의 초고속 레이저 시스템에 널리 사용되며 수 펨토초(fs)까지 펄스를 생성합니다. Ti:Sapphire의 매우 넓은 파장 범위는 약 650 – 1100 nm로 확장되지만 대부분의 시스템은 최대 레이저 이득과 효율성을 위해 ~ 800 nm 근처의 파장에서 작동합니다. 탁월한 열 전도성과 상대적으로 쉽게 접근할 수 있는 펌프 파장을 사용할 수 있는 기능을 포함한 추가 특성으로 인해 Ti:Sapphire 이득 매체는 발진기와 증폭기 모두에서 유용하며 광범위한 펄스 에너지에 접근할 수 있습니다. 저에너지 측면에서 초고속 발진기는 가장 높은 반복률(일반적으로 메가헤르츠 이상)을 제공하지만 나노줄(nJ) 수준으로 제한됩니다.
예를 들어 처프 펄스 증폭(CPA) 설계를 사용하여 초고속 발진기 시드 소스에 단일 패스 증폭기를 추가하면 10~100킬로헤르츠에서 마이크로줄(μJ)의 펄스 에너지를 얻을 수 있습니다. 그러나 밀리줄(mJ)이 필요한 과학 및 일부 산업 응용 분야가 많이 있습니다. 초고속 레이저 시스템의 에너지를 높이기 위해 다중 통과 증폭기가 사용됩니다.
특정 유형의 다중 통과 증폭기인 재생 증폭기(그림 1 참조)는 광 스위치를 포함하는 광학 공진기 내에 배치된 증폭기 이득 매체를 통한 다중 통과를 포함하며 왕복 횟수를 제어하고 매우 높은 전체 이득을 허용합니다. 재생 증폭기 작동의 핵심은 펄스가 목표 수준으로 증폭된 후 펄스를 선택하는 기능입니다.
그림 1: 패러데이 회전기(FR로 표시)의 사용과 시스템에서의 위치를 보여주는 일반적인 재생 증폭기 설계.
펄스 선택이라는 목표를 달성하려면 정방향 및 역방향 편광 회전에 대해 비가역적인 광학 장치를 사용해야 합니다. 광학 패러데이 회전자가 작업을 수행할 수 있습니다.
재생 증폭기높은 펄스 에너지, 초단 펄스 허용
- 다중 패스 공진기 설계로 높은 이득과 mJ 수준의 에너지 가능
- 공진기 설계는 입력 및 출력 펄스가 동일한 빔 경로를 취함을 의미합니다.
입력 펄스에서 출력 펄스를 분리하는 방법이 필요합니다.
2 패러데이 회전자를 사용한 편광 선택
패러데이 회전자는 특별한 특성을 지닌 자기광학 재료로 만들어진 수동 광학 장치입니다. 작동 방식은 빛의 선형 편광을 유지하면서 편광면을 정방향으로 45° 회전하고 역방향으로 추가로 45° 비가역 회전하는 것입니다. 편광 광학 장치와 함께 사용하면 패러데이 회전기를 사용하여 빛을 공진기로 전달한 다음 편광 상태가 전환될 때 출력 경로로 보낼 수 있습니다. 낮은 흡수율, 높은 손상 임계값 광학 장치를 포함하는 바카라 카지노 Faraday 회전자 및 절연체는 초고속 레이저 시스템의 평균 전력이 최대 50W인 평균 전력 수준과 함께 사용하는 데 이상적으로 적합합니다.
패러데이 회전자를 선택할 때 명심해야 할 몇 가지 기준이 있습니다: 입사 빔 크기, 회전자의 입사 광 출력 및 에너지, 다음 단계에 필요한 전송 출력.
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3 패러데이 회전자 설치
재생 증폭기 시스템의 광 경로에 패러데이 회전기를 설치하는 것은 비교적 간단합니다. 각 바카라 카지노 패러데이 회전자에는 사용자 설명서가 함께 제공됩니다.i, 빔 경로에서 장치를 정렬하는 방법을 설명합니다. 적절한 회전기를 선택할 때 광학 빔 크기, 광 출력, 중심 파장 및 대역폭 매개변수를 고려해야 합니다. 당사의 제품은 선택한 모델의 정확한 사양에 맞춰 제작되었습니다. 재생 증폭기 시스템에서 패러데이 회전기를 설치하는 위치에 대한 예는 그림 1을 참조하십시오. 실제 애플리케이션의 예는 참고자료 2에서 찾을 수 있습니다.ii.
4 분산 관련 고려사항
분산은 초고속 레이저의 중요한 문제이며, 이는 펄스 지속 시간, 즉 초단파 펄스의 피크 전력에 영향을 미칠 수 있습니다. 분산은 위상 속도가 주파수(또는 파장)에 따라 달라지는 매체에서 광 펄스가 이동할 때 발생합니다. 패러데이 회전자를 만드는 데 사용되는 재료는 분산형이므로 이 장치를 통과하는 펄스의 길이가 넓어질 수 있습니다. 단, 해당 효과의 크기와 관련성은 초기 펄스와 응용 분야에 따라 다릅니다.
일반적으로 Ti:Sapphire 재생 증폭기 시스템은 20fs 이상의 펄스를 생성합니다.ii, 광 대역폭이 30~40 nm 이상입니다. 시스템에 사용되는 패러데이 회전기의 길이와 함께 실제 시스템 대역폭은 펄스가 장치를 통과할 때 발생하는 펄스 확장의 양을 결정합니다. 실제로 시스템의 다른 광학 장치는 패러데이 회전 장치보다 더 많은 색 분산을 유발할 수 있으며, 광학 장치 체인, 특히 Pockels 셀 스위칭 광학 장치의 총 분산량은 신중하게 보상해야 합니다.
8mm TGG(테르븀 갈륨 가넷)을 사용하는 패러데이 회전자가 10 – 10,000fs 범위에서 ~ 800nm 초단파 펄스의 펄스 지속 시간에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 예가 그림 2에 나와 있습니다. 그래프는 800nm 펄스에 대해 군속도 분산(GVD)이 얼마나 발생하는지 결정하여 생성되었습니다. 이는 TGGiii에 대한 Sellmeier 방정식을 사용하여 수행되었습니다.
군속도 분산(GVD)은 펄스의 다양한 스펙트럼 구성요소에 주파수 종속 지연을 도입합니다(일반적으로 fs 단위2/m)은 다음과 같이 표현됩니다.iv:
2에 대한 분석적 해결ND굴절률의 파생물을 사용하여 GVD를 계산한 다음 특정 장치에 대한 실제 2차 분산을 계산할 수 있습니다(여기서는 β로 표시됨)2, 2차 군지연 분산)은 GVD에 재료의 길이(이 경우 회전자에 사용되는 TGG)를 곱하여 GVD와 관련됩니다. 이 정보는 TGG 회전자 재료의 길이를 통해 이동한 후 주어진 입력 펄스 지속 시간에 대한 출력 펄스 지속 시간을 계산하는 데 사용될 수 있습니다. 입력 펄스 길이가 제곱된 경우, t0 2 , β보다 훨씬 작습니다2, β에 비례하는 펄스 확장을 표현하는 방정식)2사용 가능v.
이러한 계산을 수행하면 분산량 β2, 800 nm 범위에서 ~ 1500 fs인 것으로 밝혀졌습니다.28mm 길이의 TGG용. 10 – 10,000fs 범위의 펄스에 대한 2차 분산량에서 추정된 확장이 아래 그래프에 표시되어 있습니다. 75fs보다 큰 펄스의 경우 펄스 확장은 문제가 되지 않습니다. 그러나 많은 재생 증폭기 시스템의 경우 패러데이 회전기의 TGG 분산은 가능한 가장 짧은 펄스를 달성하기 위해 분산 보상 체계에서 고려해야 합니다.
그림 3:8mm TGG를 통해 전파된 후 ~ 1050nm에서 펨토초 펄스의 확장(파란색 곡선); 빨간색 곡선은 왜곡되지 않은 펄스의 출력을 보여줍니다.
5 결론
재생 증폭기를 사용하여 초고속 레이저 시스템을 설계할 때 패러데이 회전기를 사용하는 것이 작동의 핵심입니다. 레이저 시스템에서 바카라 카지노 Faraday 회전기를 사용하면 목표 성능을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
초고속 광섬유 레이저 시스템에서 바카라 카지노 패러데이 회전기를 사용하는 방법에 대한 자세한 내용은 당사에 문의하세요.
참조:
i 패러데이 회전자 및 절연체에 대한 바카라 카지노 사용자 설명서
ii C. Barty, T. Guo, C. Le Blanc, F. Raksi, C. Rose-Petruck, J. Squier, A.Tian, K. Wilson, V.Yakovlev 및 K. Yamakawa, "재생 펄스 성형 및 처프 펄스 증폭을 통한 18fs, 멀티테라와트 펄스 생성", Opt. 레트. 권. 21, 668(1996).
iii U. Schlarb 및 B. Sugg, "테르븀 갈륨 가넷의 굴절률", Phys. 통계 솔. (b) 182 K91(1994)
iv 그룹 속도 분산에 대한 자세한 내용은 G. P. Agrawal의 "Nonlinear Fiber Optics"를 참조하세요.
v. 다음에서 분산 펄스 확장 및 처핑 섹션을 참조하세요.