Onderzoekers hebben een fiberlasersysteem gecombineerd met recente ontwikkelingen in multi-pass cellen om een ​​laser te creëren met een unieke combinatie van pulsen met een paar cycli met een hoog gemiddeld vermogen, pulsenergie en herhalingssnelheid en met stabiele draaggolf-envelopfase (CEP) werking. Deze eigenschappen maken de nieuwe laser ideaal voor het aansturen van de volgende generatie attoseconde bronnen, zoals die bij de Extreme Light Infrastructure (ELI) in Europa.

ELI, 's werelds grootste en meest geavanceerde high-power laserinfrastructuur, zal worden gebruikt om licht-materie-interacties te onderzoeken bij de hoogste intensiteiten en de kortste tijdschalen. De bundellijnen van ELI's Attosecond Light Pulse Source zullen ongekende prestaties leveren bij het genereren van geïsoleerde attoseconde pulsen en stellen dus zeer hoge eisen aan het lasersysteem.

Steffen Hädrich van Active Fiber Systems GmbH in Duitsland zal de nieuwe laser presenteren op de virtuele webconferentie Optica (voorheen OSA) Laser Congress van 3 tot 7 oktober 2021. Hädrich's lezing is gepland voor maandag, 4 oktober om 11:30 EDT (UTC 04:00).

"De ontwikkeling van zo'n uniek lasersysteem opent nieuwe perspectieven voor secundaire bronnen, bijv. voor het genereren van geïsoleerde attoseconde pulsen met ongekende parameters, " zei Hädrich. Deze beloven op hun beurt het begrip van elektronische processen op fundamentele lengte- en tijdschalen te vergroten en bij te dragen aan nieuwe ontdekkingen in de biologie, scheikunde, natuurkunde en geneeskunde."

Om een ​​lasersysteem te creëren dat kan voldoen aan de behoeften van ELI en andere wetenschappelijke toepassingen, de onderzoekers ontwikkelden een fiber-chirped pulsversterkingssysteem dat op coherente wijze acht versterkerkanalen combineert. Dit systeem zendt 300 fs-pulsen uit die vervolgens worden gecomprimeerd tot het regime van enkele cycli met behulp van twee multi-pass-cellen. De eerste multi-pass cel gebruikt standaard diëlektrische spiegels om 1,7 mJ pulsen te bereiken met een duur van minder dan 35 fs. De tweede cel maakt gebruik van op metaal gebaseerde spiegels om een ​​pulsduur van slechts 5,8 fs te bereiken bij een pulsenergie van 1,1 mJ, 110 W gemiddeld vermogen en herhalingssnelheid van 100 kHz.

Een stabiele CEP-werking is nodig om het hoge gemiddelde vermogen en de hoge herhalingssnelheid van de laser volledig te benutten. De onderzoekers bereikten dit door de CEP van elke puls te meten met behulp van een enkele stereo-ATI-fasemeter die ruis over het volledige frequentiespectrum kan karakteriseren. De CEP-metingen werden naar een PID-controller gestuurd, het creëren van een feedbacklus die ~ 400 mrad CEP-ruis mogelijk maakte.

"We hebben de kortste pulsen en het hoogste gecomprimeerde gemiddelde vermogen aangetoond dat is bereikt voor MPC's met een paar cycli met 110 W bij een pulsherhalingsfrequentie van 100 kHz, " zei Hädrich. "Met verdere verbeteringen, we hopen binnenkort ook minder dan 300 mrad aan CEP-ruis te bereiken."

Hadrich voegt toe, "Het gepresenteerde lasersysteem voldoet aan de vereisten voor de HR1-laser van ELI-ALPS. We zijn bezig deze benadering op te schalen naar de HR2-parameters, d.w.z. om dit concept te implementeren voor de demonstratie van een 500W, 5mJ, 6fs CEP-stabiel lasersysteem."