Главная / Библиотека / Применение автокорреллятора FROG от компании FemtoEasy для измерения ультракоротких импульсов полупроводниковых дисковых лазеров

Применение автокорреллятора FROG от компании FemtoEasy для измерения ультракоротких импульсов полупроводниковых дисковых лазеров

Применение автокорреллятора FROG от компании FemtoEasy для измерения ультракоротких импульсов полупроводниковых дисковых лазеров

Частотно-разрешенное оптическое стробирование

В настоящее время значительное внимание уделяется лазерным системам, излучающим ультракороткие импульсы, такие лазеры представляют как научный, так и практический интерес. Однако подобные системы являются весьма чувствительными к юстировке таких составных частей, как оптические элементы резонатора, генерирующие и поглощающие среды, зеркала и т.д., поэтому при их разработке и проектировании требуется постоянный контроль за длительностью излучаемых импульсов. На сегодняшний день наиболее универсальными приборами, позволяющими осуществлять измерение ультракоротких импульсов, являются автокорреляторы, принцип работы которых основан на частотно-разрешенном оптическом стробировании (англ. frequency-resolved optical grating (FROG)).  Суть данного метода заключается в раздвоении исходного импульса, формировании задержки между исследуемым импульсом и его копией, объединении исходного импульса и задержанной копии в нелинейной среде, регистрации спектра второй гармоники, генерируемой в нелинейной среде при объединении исходного импульса и его копии. FROG позволяет получать информацию о временной развертке интенсивности и фазы исследуемых ультракоротких лазерных импульсов. Линейка продукции компании FemtoEasy включает в себя автокорреляторы FROG (рис. 1), позволяющие проводить измерение длительности таких импульсов. Ключевые конструктивные особенности этих автокорреляторов, такие как технология разделения волнового фронта и встроенный мини-спектрометр, делают его простым в эксплуатации и обеспечивают высокий уровень точности. В настоящей статье будет рассмотрено применение автокоррелятора FROG для измерения длительности импульсов, генерируемых полупроводниковыми дисковыми лазерами с оптической накачкой.

frog-thumb
Рисунок 1. Автокоррелятор FROG от компании FemtoEasy

Измерение ультракоротких импульсов полупроводниковых дисковых лазеров

Полупроводниковые дисковые лазеры с оптической накачкой (англ. semiconductor disk lasers (SDL)) обеспечивают превосходную производительность при средней выходной мощности, а также широкий диапазон рабочих длин волн.  Пассивная синхронизация мод SDL с использованием полупроводниковых зеркал с насыщаемым поглотителем (англ. semiconductor saturable absorber mirrors (SESAM)) продемонстрировала впечатляющий прогресс за последние годы.  Поверхностно-излучающий лазер с вертикальным внешним резонатором с оптической накачкой (англ. vertical external-cavity surface-emitting laser (VECSEL)) был первым лазером в семействе полупроводниковых дисковых лазеров, который продемонстрировал значительное масштабирование мощности благодаря превосходному отводу тепла в геометрии тонкого диска. Ниже будет рассмотрено измерение длительности импульсов, излучаемых VECSEL с синхронизацией SESAM на длине волны 1034 нм.

Для доказательства стабильной фундаментальной синхронизации мод требуется тщательная характеристика импульса. На рис. 2 и рис. 3 представлены результаты измерения характеристик импульсов длительностью 128 фс и 96 фс соответственно. Длительность импульсов была измерена с применением автокоррелятора FROG. Измеренные спектрограммы были преобразованы в сетку размером 512 на 512 точек (рис. 2а) и 1024 на 1024 точек (рис. 3а). Автокорреляционные функции интенсивности находятся в приемлемом соответствии с аппроксимацией формы импульсов по закону sech2 (рис. 2d и рис. 3d), при этом автокорреляционные сканы на большие участки показывают, что дополнительные боковые импульсы отсутствуют (вставка на рис. 2d и рис. 3d).

Формирование импульсов длительностью 96 фс осуществлялось путем сжатия первоначально отрицательных чирпированных выходных импульсов длительностью 107 фс при прохождении через пластину селенида цинка толщиной 2 мм, вносящей положительную дисперсию групповой задержки 1350 фс2.  Рис. 3d показывает автокорреляцию как выходных импульсов длительностью 107 фс, так и сжатых импульсов длительностью 96 фс.

Сглаженный спектр синхронизации мод перекрывается со спектром, полученным с применением автокоррелятора FROG (рис. 2е и рис. 3е), и не имеет разрывов, что дополнительно показано в логарифмическом масштабе (рис. 2f и рис. 3f). «Результат 128 фс» близок к ограниченному преобразованию со спектральной шириной полосы 9.48 нм, соответствующей произведению на ширину полосы времени 0.345, что в 1.09 раза больше значения для формы импульса, аппроксимированного функцией sech2. Широкий спектр 17.5 нм «результата 96 фс» соответствует произведению ширины полосы во времени на 0.472, то есть в 1.47 раза больше идеального значения для формы импульса, аппроксимированной функцией sech2.

1
Рисунок 2. «Результат 128 фс»: характеристика синхронизации мод импульсов длительностью 128 фс при средней выходной мощности 80 мВт, пиковой мощности 303 Вт и частоте повторения импульсов 1.81 ГГц: а) измеренная спектрограмма FROG, b) полученная спектрограмма FROG, c) полученный профиль интенсивности и фазы во времени, d) автокорреляция интенсивности с аппроксимацией функцией sech2 (вставка: автокорреляция с большим интервалом без каких-либо сопровождающих импульсов), e) извлеченный спектр и спектральная фаза с перекрытием оптическим спектром с шириной полосы FWHM 9.48 нм

2

Рисунок 3. «Результат 96 фс»: характеристика синхронизации мод импульсов длительностью 96 фс при средней выходной мощности 100 мВт, пиковой мощности 560 Вт и частоте повторения импульсов 1.63 ГГц: а) измеренная спектрограмма FROG, b) полученная спектрограмма FROG, c) полученный профиль интенсивности и фазы во времени, d) автокорреляции интенсивности с аппроксимацией функцией sech2 для импульсов длительностью 107 фс и 96 фс (вставка: автокорреляция с большим интервалом без каких-либо сопровождающих импульсов), e) извлеченный спектр и спектральная фаза с перекрытием оптическим спектром с шириной полосы FWHM 17.5 нм

Выводы

Комплексная характеристика импульсов подтверждает фундаментальную синхронизацию мод с выходными импульсами длительностью 128 фс, близкими к ограниченному преобразованию, и с отрицательно чирпированными выходными импульсами длительностью 107 фс, сжатыми до 96 фс с применением пластины селенида цинка толщиной 2 мм, установленной на оптическом пути исходного импульса. Моделирование импульсов хорошо согласуется с экспериментальными результатами. Таким образом, автокоррелятор FROG от компании FemtoEasy является надежным и точным инструментом, позволяющим производить измерение длительности ультракоротких импульсов.

 

Optica 3, 8 (2016) 844
IEEE J. Quantum Electron 55, 4 (2019) 8600107

 

 

Теги частотно-разрешенное оптическое стробирование измерение длительности коротких импульсов компрессия импульсов автокореллятор
Последние статьи
Объемные брэгговские решетки в лазерных резонаторах

В статье приводится обзор последних достижений в разработке дифракционных оптических элементов - решеток Брэгга, записанных на фототерморефрактивных (ФТР) стеклах. Группа из колледжа оптики и фотоники при Университете центральной Флориды представила экспериментальные результаты, отражающие изменения параметров выходного лазерного излучения при использовании брэгговских решеток, записанных на ФТР стекле. 

Применение квантово-каскадных лазеров в абсорбционной спектроскопии

Спектроскопические методы, основанные на использовании лазерных источников, имеют большой потенциал для выявления и мониторинга компонентов в газовой фазе. Высокая чувствительность и селективность лазера позволяет использовать их для количественной оценки атомов и молекул в образце. Квантово-каскадные лазеры, излучающие в области среднего ИК диапазона, обеспечивают высокое разрешение и позволяют идентифицировать спектр молекул в газовых образцах и в парах воды.

Спектроскопия тонкопленочных покрытий

Тонкие пленки используются в современных высокотехнологичных полупроводниковых структурах, микроэлектронике, матричных приемниках и, конечно, в оптике. Развитие знаний о свойствах материалов позволило науке совершить настоящий прорыв. Конечное применение тонкопленочных структур может быть разнообразным, но постоянной остается необходимость точного контроля толщины каждого слоя в процессе эпитаксиального роста. Толщина пленки обычно находится в диапазоне от 1 нм до 100 мкм.

Компенсация дисперсии в микроскопии трехфотонного возбуждения

Трехфотонная микроскопия – усовершенствованный метод двухфотонной микроскопии, в котором используется не двух-, а трехфотонное возбуждение в диапазоне 1300 – 1700 нм.  Увеличение длины волны возбуждающего лазерного излучения до 1700 нм позволяет сократить рассеяние и поглощение в тканях, ограничивающих глубину поля зрения, однако методы компенсации дисперсии в многофотонной микроскопии по-прежнему остаются актуальной темой исследований в современной фотонике.

Спектрометры Avantes для лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии

Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (ЛИЭС) – один из типов атомно-эмиссионного спектрального анализа. Методом ЛИЭС изучаются спектры плазмы лазерного пробоя (лазерной искры) в анализе твердотельных образцов, жидкостей, газовых сред, взвешенной пыли и аэрозолей.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2