Krachtschaalbare ultrasnelle laserbronnen in het middengolf-infrarood (MWIR) zijn een sleutelelement voor fundamenteel onderzoek en toepassingen in materiaalverwerking en geneeskunde. Optische versterkers op basis van chirped pulse amplification (CPA) worden gebruikt om pulsen met hoge intensiteit te genereren, een techniek bekroond met de Nobelprijs voor natuurkunde in 2018. In de CPA-regeling, een zwakke tijdelijk uitgerekte zaadpuls wordt versterkt tot hoge energie in een laserversterker en uiteindelijk opnieuw gecomprimeerd, wat resulteert in een ultrakorte puls van zeer hoge intensiteit. Door dit concept toe te passen, werd bij MBI een nieuw systeem ontwikkeld dat pulsen van een paar ps levert bij een golflengte van 2 m met een piekvermogen van meer dan 10 GW (10 miljard watt) bij een herhalingsfrequentie van 1 kHz. De uitgezonden pulsen worden gekenmerkt door uitstekende stabiliteit en briljante straalkwaliteit. De resultaten worden gerapporteerd in het laatste nummer van Optica Letters .

De hoofdversterkers van het 2-μm CPA-systeem zijn gebaseerd op Ho:YLF-kristallen en bestaan ​​uit een zeer stabiele regeneratieve versterker en twee boosterversterkers. Ze werken allemaal bij kamertemperatuur en worden gepompt door Tm:fiber-lasers met continue golf met een totaal vermogen van 270 W. Uitgaande van een supercontinuümbron van 2 μm worden de zaadpulsen uitgerekt en voorversterkt en vervolgens in de Ho gevoerd:YLF versterker keten. De opnieuw gecomprimeerde pulsenergie van de Ho:YLF CPA bedraagt ​​52,5 mJ en onthult een uitstekende puls-tot-pulsstabiliteit van <0,23% rms. De langdurige pulsstabiliteit samen met de straalkwaliteit, gemeten als beter dan een M2 van 1,2, wordt weergegeven in Fig. 1. Het uitgezonden spectrum gecentreerd op 2050 nm met een bandbreedte van 3,5 nm (FWHM) ondersteunt een ~ 1,7 ps Fourier-transformatie beperkte pulsduur. Na versterking worden de pulsen opnieuw gecomprimeerd in een Treacy-type roosteropstelling met een efficiëntie> 93%. Het geregistreerde autocorrelatiespoor vertoont een FWHM van 4,1 ps. Dit komt overeen met een duur van de hoofdpuls van 2,4 ps (FWHM) met een geschatte energie-inhoud van 85%, wat zich vertaalt in 17 GW piekvermogen. De laatste en de pulsenergie van> 50 mJ vertegenwoordigen de hoogste waarden die ooit zijn bereikt voor pulsen van een paar ps bij een golflengte van 2 m.

Deze bron wordt momenteel toegepast als pomp in een systeem voor het genereren van pulsen met een paar cycli rond de 5 μm met energieën van meerdere millijoule. Toepassingen in niet-lineaire optica, spectroscopie en materiaalverwerking zijn aan de gang.