Kürzlich hat ein Forschungsteam des State Key Laboratory of Intense Field Laser Physics des Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine Methode vorgeschlagen, um die Ausrichtungsstabilität von Hochfrequenz-Femtosekundenlasern deutlich zu verbessern Filament- und Superkontinuum-Weißlichtquelle (SC) und unterdrückte effektiv die Intensität und den Strahlrichtungsjitter bei der durch Luftfilamente induzierten Superkontinuum-Weißlichtlasererzeugung, um den Engpass der Hochfrequenz-Femtosekundenlaser-Gasfilamentierung zu beheben. Die Ergebnisse werden in dem Artikel mit dem Titel „Stabile, intensive Superkontinuumslichterzeugung bei 1 kHz durch elektrische Feldunterstützte Femtosekundenlaserfilamentation in Luft“ veröffentlicht. „Die Ergebnisse wurden in Light: Science & Applications veröffentlicht.
Superkontinuumslaser, die das sichtbare Wellenlängenband abdecken, werden aufgrund ihrer extrem großen Spektralbreite und guten Kohärenz als „Weißlichtlaser“ bezeichnet. Es wird häufig in der biomedizinischen Bildgebung, molekularen Fingerabdruckspektroskopie, optischen Kohärenztomographie, abstimmbaren ultraschnellen Pulserzeugung, Femtosekunden-Pulskompression und anderen Anwendungen eingesetzt. Weißlichtlaser werden üblicherweise aus festen Materialien oder photonischen Kristallfasern, Hohlfasern usw. erzeugt. Die Basis für die Erzeugung des Laserstrahls bildet die kurzgepulste Lasergasfilamentierung. Die Kurzpuls-Lasergasfilamentierung bietet einen materialschadenfreien Weg zur Erzeugung von Weißlichtlasern, aber der durch die Pulsakkumulation verursachte gerichtete Jitter schränkt Anwendungen bei hohen Frequenzen ein. Begrenzt durch die Schadensschwelle fester Materialien oder beeinträchtigt durch das Problem des Selbstjitters im Gas ist es schwierig, eine stabile Übertragung hochenergetischer, hochfrequenter Weißlicht-Laserquellen zu erreichen, und es ist auch ein dringendes internationales Problem in der Welt Gebiet der Erzeugung von Superkontinuum-Lichtquellen und deren Anwendungen.
Abb. 1 (a) (b) Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus. (c) (d) Echtfarbenbilder des unbelasteten und belasteten elektrischen Gleichstrom-Hochspannungsfelds im Lichtfaden und der durch den Lichtfaden induzierten Korona. (e) (f) Entsprechende Lichtpunkte nach vorne.
In dieser Studie nutzten die Forscher einen Hochfrequenz-Femtosekundenlaser, um eine hochenergetische Superkontinuum-Weißlichtquelle zu erzeugen, indem sie in Luft einen Glühfaden bildeten, und beluden den Glühfaden auf innovative Weise mit einem externen elektrischen Hochspannungs-Gleichstromfeld, wodurch das Problem gelöst wurde thermisch induzierter Jitter des Filaments an der Wurzel, basierend auf dem Prinzip, die Plasmakompoundierung durch das externe elektrische Feld zu hemmen und seine Lebensdauer zu verlängern, um die Wärmeablagerung aufgrund der Plasmakompoundierung zum Zeitpunkt des nächsten Laserpulses zu reduzieren und so erfolgreich zu reduzieren die thermische Diffusion, die durch die thermische Diffusion des Filaments verursacht wird, und reduziert somit erfolgreich die thermische Diffusion, die durch die thermische Diffusion des Filaments verursacht wird. Auf diese Weise wird die Intensität der durch thermische Diffusion verursachten Luftströmungsstörungen erfolgreich reduziert. Darüber hinaus kann die durch den stabilen Ionenwind erzeugte durch den Lichtfaden induzierte Koronaentladung auch den selbstturbulenten Luftstrom des Lichtfadens wirksam überwinden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass unter der Wirkung des externen elektrischen Feldes hochfrequentes (1 kHz) Licht Die räumliche Ausrichtungsstabilität des Filaments und des Vorwärts-Superkontinuum-Weißlichts kann um mindestens das Zweifache verbessert werden. Gleichzeitig wurde die Stabilität der spektralen Intensität des weißen Laserlichts erheblich verbessert. Die Forscher verwenden 1 kHz / 6,54 mJ Femtosekunde Mithilfe von 1 kHz/6,54 mJ Femtosekunden-Laserpulsen in Luft gelang es den Forschern, eine 3,55 mJ stabilisierte Superkontinuumsspektrum-Weißlichtquelle zu erhalten. Diese Arbeit löst effektiv das internationale Problem des Ausrichtungs- und Intensitätsjitters der Hochfrequenz-Femtosekundenlaser-Gasfilamentierung, was nicht nur den Weg für die Erzeugung einer hochfrequenten, stabilen und energiereichen Superkontinuums-Weißlichtquelle in Luft ebnet, sondern auch erweitert neue Möglichkeiten für andere Anwendungen wie Sekundärstrahlungsquelle, Bildgebung und Materialmikroverarbeitung auf Basis der Hochfrequenzfilamentierung.
SIPM hat erhebliche Fortschritte bei der Erzeugung stabiler und hochenergetischer Weißlichtlaser in Luft erzielt.
Abb. 2 (a) Standardabweichung des Vorwärts-Superkontinuum-Spektrums des Weißlichtlasers und des Filamentrichtungswinkels (SDEV) bei 1 kHz als Funktion der angelegten Hochspannung. (b) Streuwinkel SDEV von Vorwärts-SC-Licht (b) und Filament (c) bei verschiedenen Laserwiederholungsraten. (d) Variation des effektiven elektrischen Feldes, das an das Filament angelegt wird, als Funktion der geladenen Hochspannung.
Abb. 3 (a) Vergleich der Vorwärts-Superkontinuumsspektrum-Weißlichtspektren mit (FIL + 55 kV) und ohne (FIL) externer DC-Hochspannung, mit dem anfänglichen Laserspektrum des unfilamentierten (noFIL) als Referenz. (b) Signal-Rausch-Verhältnis (1 kHz) der Intensität des Superkontinuumsspektrums bei verschiedenen angelegten Hochspannungen. (c) Weißlichtlaserenergie des Superkontinuumsspektrums als Funktion der Pumplaserenergie (Brennweite der Fokussierlinse beträgt 1 m).
