KR20140107631A - 100 테라와트 초과의 피크 전력 및 고 콘트라스트를 갖는 레이저원 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 100 테라와트 이상의 에너지 펄스들을 방출할 수 있으며, 하기의 캐스캐이드된 엘리먼트들을 포함하는 레이저 시스템으로 이루어지는 레이저원에 관한 것이다: 고체 레이저 오실레이터 (1); 주파수 드리프트 (drift) 를 갖는 제 1 증폭단 (2); 및 주파수 드리프트를 갖는 최종 증폭단 (6); 및 교차 편광파를 발생시킬 수 있고, 비선형 교차 편광 필터 (3) 로 칭해지며, 그리고 상기 2개의 증폭단들 (2, 6) 사이에 삽입되는, 1개 또는 2개의 비선형 크리스털들 및 3차 비선형 광학 감수율 (susceptibility) 을 갖는 제 1 필터. 레이저 시스템은 또한 제 1 증폭 페이즈 (2) 및 최종 증폭 페이즈 (6) 사이에서, 적어도 하나의 다른 비선형 교차 편광 필터 (5), 또는 시스템 내에서의 N개 (N≥2) 의 필터들, 및 제 1 필터(들)(3) 의 출력부에 (각각) 배치되는, N-1 개의 분산 보상기(들)(4)를 포함한다.
Description
본 발명의 분야는 적어도 100 테라와트 (TeraWatt) 에서 수십 페타와트 (PetaWatt) 및 심지어 그 이상의, 매우 높은 피크 전력의 펄스들을 갖는 레이저들의 분야이다. 이 레벨의 피크 전력에서, 펄스들은 일반적으로 초단파이며, 즉, 지속기간이 200 펨토초 아래인 초단파이다.
특히 이러한 레이저원들은 예를 들어 입자들 (양성자들, 전자들, 이온들) 을 가속화하거나 또는 원자외선들 (far-UVs), X- 또는 γ-선들의 영역에서 보조 방사선을 발생시키는 것으로 이루어지는 레이저-재료 상호작용들을 위해 사용된다. 펄스들은 예를 들어 고체 타켓의 표면에 플라즈마를 생성하는 목표를 가지고 고체 타켓에 포커싱되는 것이 일반적이다.
매우 높은 피크 전력을 갖는 이들 레이저원들은, 이것이 레이저 효과에 의한 증폭 또는 "CPA (Chirped Pulse Amplification 의 약칭)" 를 수반하든지, 또는 파라메트릭 형광의 증폭과 같은 비선형 광학 효과에 의한 증폭 또는 "OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplification 표현의 약칭)" 를 수반하든지, 필수적으로 고체 레이저원 테크놀로지들 및 처핑된 펄스 증폭의 원리에 기초한다.
매우 높은 피크 전력들을 갖는 레이저들이 사용되는 순간으로부터, 펄스들의 시간적 (temporal) 콘트라스트의 문제에 많은 관심을 갖는 것이 필요하다. 실제로, 높은 피크 전력을 갖는 이들 레이저원들의 다중 증폭기 구성들을 고려하면, 레이저 증폭 (CPA) 의 경우 자발적 방출의 증폭 (amplification of the spontaneous emission)(또는 "ASE") 에 의해 또는 파라메트릭 증폭 (OPCPA) 의 경우 파라메트릭 형광의 증폭에 의해 발생된 잔류 광 신호가 언제나 잔존해 있다. 도 1 에 도시된 이 기생 신호는 주펄스보다 훨씬 더 큰 시간적 폭을 가지며; 그것은 일반적으로 약 수 나노초의 펄스 지속기간을 갖는 펌핑 펄스들 동안 통상 존재한다. 그리고 가장 중요한 것은, 그것이 주펄스 이전에 이미 존재한다는 것이다. 시간적 콘트라스트는 주펄스의 피크 전력 (P1) 과 ASE 펄스의 피크 전력 (P0) 사이의 비이고; 불완전한 압축과 같은 다른 효과들을 제거하기 위한 방식으로, PO 에 대한 측정들과 타겟값들은 일반적으로 주펄스 이전에 50 과 100 피코초 사이의 시간 간격으로 위치한다. 매우 높은 피크 전력의 주펄스의 경우, 이 비가 매우 높다면, 문제는 ASE 펄스가 여전히 상당한 피크 전력을 가질 것이라는 것이다. 시간적 콘트라스트가 109:1 (P1/P0 = 109) 인 1 페타와트의 주펄스의 경우를 고려한다면, ASE 는 의도된 애플리케이션들에 대해 위협적인, 주펄스의 도달 이전에 타겟에 포커싱하는 경우 타겟 (특히 타겟이 고체인 경우) 상에 플라즈마를 생성하기에 충분한 1 메가와트의 피크 전력을 가질 것이다.
따라서, 타겟을 형성하는 어떠한 고체 재료로도 만족스러운 결과들을 얻기 위해서는 ASE 에 대한 시간적 콘트라스트들을 1 페타와트의 레이저의 경우에는 1012:1 정도 및 10 페타와트의 레이저의 경우에는 1013:1 정도로 목표로 하는 것이 필요하다는 사실을 알면서, 펄스들의 시간적 콘트라스트를 최적화하는 것이 필요하다.
지금까지, 시간적 콘트라스트를 증가시키기 위해서 이용되는 테크놀로지들은 다음과 같다:
- 포화성 흡수체의 첨가, 또는
- 교차 편광파를 비선형 크리스털 (crystal) 에서 발생시키는 테크놀로지에 기초하는 비선형 필터의 구현 (후속하여 교차 편광파 (Crossed Polarized Wave) 에 대해 "XPW"로 나타내짐), 또는
- 플라즈마 미러들의 사용.
포화성 흡수체는 구현하기에 매우 간단하지만, 펄스들의 콘트라스트를 10 배 또는 102 배 초과하여 향상시키는 것이 가능하지 않기 때문에 그 구성이 제한된다. 이것은, 이 재료들의 레이저 대미지 임계값이 비교적 낮다는 사실에 주로 기인한다.
XPW 필터 기술은 2004년에 높은 피크 전력을 갖는 레이저 체인에서 처음으로 설명되었다. XPW 필터의 아키텍쳐는 비교적 간단하지만, 그 효율성은 그리 높지 않으며 (출력시 입력 펄스의 에너지의 최대 30% 가 얻어짐) 콘트라스트에서의 이론적 증가 (출력 콘트라스트 = 입력 콘트라스트의 세제곱) 가 사용되는 편광자들의 소광비들에 의해 크게 제한되는데, 이것은 순 이득이 단지 104 ~ 105 배라는 것을 의미하며, 이것은 포화성 흡수체보다 여전히 분명하게 더 양호하다. XPW 필터는 2개의 편광자들과 2개의 편광자들 사이의 1개 또는 2개의 비선형 크리스털들을 포함한다.
높은 피크 전력을 갖는 레이저 체인들의 콘트라스트를 향상시키기 위해서 지금 몇 년째 플라즈마 미러 테크놀로지가 이용되고 있다. 원리는 체인의 출력에서의 빔, 이에 따라 최종 시간적 압축 이후에서의 빔의 이용에 기초한다. 빔은 투명한 매체에 포커싱되며; 이에 따라 ASE 펄스가 송신되지만, 주펄스의 시작으로부터 투명한 재료의 표면에서 플라즈마를 생성하기에 충분한 강도가 존재한다. 이 플라즈마는 반사형이어서 플라즈마 미러를 형성하고, 플라즈마의 생성 이전에 송신될 ASE 펄스의 대부분에서 "제거 (rid)" 될 주펄스의 약 70% 를 반사할 것이다. 하지만, 104 ~ 105 배 정도의 콘트라스트의 증가를 얻기 위해서는 이 동작을 2 회 반복하는 것이 필요할 것이다. 2회 반사된, 이 주펄스는 이후 타겟 상에 포커싱된다.
이 테크놀로지는 여러가지 흠결들을 갖는다. 따라서 에너지 손실은 50% 정도이며, 이것은 XPW 필터들의 경우에서와 달리 이후 추가 증폭기들이 없기 때문에 명백하다. 더욱이, 이 테크놀로지는 구현하기에 비교적 복잡하다. 첫째로, 디바이스의 어셈블리는 압축된 빔을 수반하기 때문에 진공하에 있으며, 그 어셈블리는 빔의 사이즈를 고려하여 부피가 꽤 크다. 둘째로, 각각의 스폿 이후, 포커싱된 레이저의 광 스폿이 매우 반사적인 플라즈마를 만들었지만, 또한 광학 표면에 대해 비가역적인 대미지를 국부적으로 만들었기 때문에, 플라즈마 미러들을 이동시키는 것이 명백히 필요하다. 따라서, 이것은 진공과 양립될 수 있는 정밀한 전동부들의 설비를 수반한다.
최저한도로 주펄스 이전의 수십 피코초에서, 고체 타겟에 대해 1011:1 정도 또는 심지어 1012:1 정도의 시간적 콘트라스트들을 얻기 위해서는, 독립적으로 생각되는 이 기술들 중 어느 것도 충분하지 않으며, 따라서 이들을 조합하는 것이 필요할 것이다. 이 사실로 인해, 콘트라스트의 개선에 대한 포화성 흡수체 테크놀로지의 비교적 작은 기여를 고려하여, 포화성 흡수체와 2개의 다른 기술들 중 하나의 조합은, 이 디바이스들의 사용 이전의 레이저 체인의 시작에서의 "내추럴 (natural)" 콘트라스트가 105 ~ 106:1 정도인 한, 충분할 수 없다. 따라서, 요구되는 레벨의 콘트라스트를 얻기 위해서는, 이중 플라즈마 미러의 디바이스가 상기 언급된 흠결들을 갖는다는 것을 알면서, XPW 필터와 이중 플라즈마 미러를 조합하는 것이 필요하다.
결과적으로, 피크 전력, 시간적 콘트라스트, 에너지, 및 구현의 간소화의 측면에서 상기 언급된 모든 요건들을 동시에 만족하는 시스템에 대한 필요성이 이날까지도 남아있다.
본 발명의 기본적인 아이디어는, 매우 간단하고 저비용이며 완전히 패시브형인 디바이스, 즉, 이동시키거나 또는 대체할 부분들이 없는 디바이스로 107 ~ 108 배의 콘트라스트를 향상시키기 위해서 적어도 2개의 XPW 필터들을 결부시키는 것이다. 제 1 XPW 필터에 의해, 즉 비선형 크리스털들 및 편광자들을 통한 전파에 의해 도입된 분산에 대한 보상은, 제 2 XPW 필터의 입력부에서 최적화된 특징들 (지속기간 및 분광 위상) 을 갖는 펄스를 만들기 위한 방식으로, 중간 압축기에 의해 달성된다.
보다 정확하게, 본 발명의 대상은 100 테라와트 이상의 에너지 펄스들을 방출할 수 있으며, 다음을 캐스캐이드로 포함하는 레이저 체인으로 이루어지는 레이저원이다:
- 고체 (solid-state) 레이저 오실레이터,
- 각각이 스트레처 (stretcher), 증폭 체인 및 압축기를 캐스캐이드로 포함하는, 주파수 처핑을 갖는 제 1 증폭단 및 마지막 증폭단,
- 교차 편광파를 발생시킬 수 있고, 비선형 교차 편광 필터로 알려져 있으며, 2개의 증폭단들 사이에 삽입되는, 1개 또는 2개의 비선형 크리스털들 및 3차 비선형 광학 감수율 (susceptibility) 을 갖는 제 1 필터.
레이저 체인은, 제 1 증폭단과 마지막 증폭단 사이에서, 적어도 하나의 다른 비선형 교차 편광 필터, 즉, 레이저 체인 내에서의 N개 (N≥2) 의 필터들, 및 제 1 필터(들)의 출력부에 (각각) 배치되는, N-1 개의 분산 보상기(들)를 포함하는 것을 주요 특징으로 한다.
레이저 체인은 선택적으로 2개의 비선형 교차 편광 필터들 사이에 삽입된 주파수 처핑을 갖는 제 3 증폭단을 포함하며, 이 제 3 증폭단은 스트레처, 증폭 체인 및 압축기를 캐스캐이드로 포함하고, 이 압축기는 또한 분산 보상기이다.
분산 보상기는 제어된 분산을 갖는 미러 압축기일 수 있다.
증폭단은 통상 CPA 또는 OPCPA 증폭기이다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비한정적인 예로서 주어진 하기의 상세한 설명의 리딩시 명백해질 것이다.
도 1 은 주펄스 및 ASE 의 피크 전력을 시간 함수로서 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 레이저원의 제 1 예를 개략적으로 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 따른 레이저원의 제 2 예를 개략적으로 나타낸다.
도 1 은 주펄스 및 ASE 의 피크 전력을 시간 함수로서 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 레이저원의 제 1 예를 개략적으로 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 따른 레이저원의 제 2 예를 개략적으로 나타낸다.
제안된 해결책의 기본적인 아이디어는 펄스들의 콘트라스트를 107 ~ 108 배만큼 증가시키기 위해서 적어도 2개의 XPW 필터들을 조합하는 것이다.
보다 구체적으로, 도 2 에 도시된 예인 본 발명에 따른 레이저원 (100) 은 다음을 기본 구성으로 캐스캐이드로 포함한다:
- 고체 레이저 오실레이터 (1),
- 콘트라스트가 105 또는 106 정도인 출력에서, 주파수 처핑을 갖는 제 1 CPA 또는 OPCPA 증폭단 (2),
- 제 1 XPW 필터 (3), 바람직하게 XPW HE 필터,
- 예를 들어 제어된 분산을 갖는 한쌍의 미러들을 포함하는 분산 보상기 (4),
- 다른 XPW 필터 (5),
- 콘트라스트가 1012 또는 1013 정도인 출력에서, 주파수 처핑을 갖는 마지막 CPA 또는 OPCPA 증폭단 (6).
주파수 처핑을 갖는 증폭기가 스트레처, 하나 이상의 증폭기들을 갖는 증폭 체인, 및 압축기를 캐스캐이드로 포함한다는 것이 상기될 것이다. 각각의 증폭기에서, 레이저 빔의 하나 이상의 패쓰들이 존재한다.
XPW 필터는 3차 비선형 광학 감수율을 갖는 1개 또는 2개의 비선형 크리스털들 및 2개의 편광자들을 포함한다. 본 발명의 맥락에서 사용되는 XPW 필터들 중에서, 특허 1 662 306 에 기재된 필터들을 들 수도 있다. 이것은 예를 들어 필터의 출력에서 펄스로부터 직선 편광을 갖는 필드 (E) 의 획득을 가능하게 하는 제 1 편광자 (P1) 를 포함하는 XPW 필터일 수 있다. 이 필드는 입방 크리스털 (C) 에, 즉, 자외선에서 적외선까지의 넓은 분광 영역에 걸쳐서 더욱 투명한 BaF2 크리스털과 같이 입사 필드와 생성 필드 간의 그룹 속도에서 어떠한 오프셋도 갖지 않는 크리스털에 포커싱된다. 필드 (E) 는 크리스털 (C) 외부이지만 그 가까이에서 포커싱될 수 있다. 이 크리스털 (C) 은 입사 필드의 부분을 E 의 직선 편광에 직교하는 직선 편광을 갖는 필드 (E'1) 로 변환한다. 입사 필드의 다른 부분은 변환되지 않고 크리스털 (C) 에 의해 송신되며: 입사 필드와 동일한 편광의 이 비변환된 필드는 ASE 의 캐리어이다.
제 1 실시형태에 따르면, 필터는 입력부에서 필드 (E'1) 및 잔여 필드 (E) 를 수신할 수 있고, 이 잔여 필드 (E) 로부터 E'1 과 동일한 편광의 동일한 시간적 특성들을 갖는 필드 (E'2) 를 발생시킬 수 있고, 이에 따라 필드 (E'1) 와 구조적 간섭들을 만들 수 있는, 입방 지오메트리를 갖는 제 2 크리스털을 포함한다.
다른 실시형태에 따르면, 크리스털 (C) 은 다중 패쓰 구성에서 이 필드 (E'2) 를 발생시키기에 충분하다.
P1 의 직선 편광에 직교하는 직선 편광을 갖는 제 2 편광자 (P2) 는, 단지 필드 (E'1+E'2), 즉 주펄스의 필드 (E'1+E'2) 를 통과하게 함으로써, ASE 를 운반하는 필드의 감쇠 또는 심지어 제거를 가능하게 한다.
이전에 나타낸 바와 같이, 이 필터들 중 제 1 필터 (3) 는, 크리스털(들) 상의 빔 사이즈가 이 레벨의 에너지와 양립할 수 있는 구성 덕분에, 0.5 mJ 와 15 mJ 사이에 있는 입력 에너지를 갖는 펄스들을 수신할 수 있기 때문에 이로써 명명되는 XPW HE (High Energy) 필터인 것이 바람직하다. 이러한 구성의 예는 "Efficient cross polarized wave generation for compact, energy-scalable, ultrashort laser sources", Ramirez & al., Optics Express, Vol. 19, Issue 1, pp. 93-98 (2011) 에 기재되어 있다. 제 2 필터 (5) 는 XPW HE 필터 또는 상술한 바와 같은 종래의 XPW 필터이며, 그 입력 에너지는 0.1 와 0.5 mJ 사이에 있다.
편광자들 및 XPW 효과가 발생하는 비선형 크리스털(들)을 통한 빔의 전파에 의해 유도되는 일부 분산을 제 1 필터 (3) 가 도입하는 한, 이 분산을 제 2 의 (다른) XPW 필터 (5) 에 대해 최적의 특징들을 갖는 빔을 제공하는 방식으로 보상하는 것이 필요하다. 이 분산의 비교적 낮은 값을 고려하면, 보상은 제어된 분산을 갖는 미러들 (일반적으로 한쌍의 미러들) 을 갖는 압축기 (4) 에 의해 만들어지며, 이 미러들은 현재 시판되는 컴포넌트들이며 그 분산 특징들은 만들어질 보상에 의존하여 조절될 수 있다.
제 2 XPW 필터 (5) 이후에 분산 보상기가 있을 수 있지만, 빔이 나중에 곧바로 스트레칭되는 한, 그리고 주파수 처핑을 갖는 마지막 증폭단 (6) 의 압축기의 조절들에 의해 보상이 만들어질 수 있는 한, 반드시 필요한 것은 아니다.
허용가능한 입력 에너지 (15 mJ 까지) 측면에서 이러한 조합을 가능하게 하는 XPW 필터들이 존재하며: 실제로, 예를 들어 제 1 XPW 필터가 3 mJ 의 에너지를 수신하고 15% 의 효율성을 갖는 경우에는, 제 1 XPW 필터는 450 μJ 의 빔을 입수하고, 이 빔은 손실들, 특히 미러들이 제어된 분산을 갖는 압축기의 손실들을 고려할 때, 제 2 XPW 필터의 입력부에서 300 μJ 로 접근하는 것을 가능하게 한다. 이 제 2 필터가 20% 의 효율성을 갖는 경우에는, 제 2 필터는 주파수 처핑을 갖는 제 2 증폭단의 인젝션 (injection) 에 60 μJ 의 에너지, 즉 완벽하게 적절한 값 및 종래 기술의 수준에서 용이한 값을 전달하는 것을 가능하게 한다.
이로써 복잡성의 문제는, XPW 단들이 몇개의 크리스털들 및 몇개의 광학 컴포넌트들로 이루어져 매우 간단하기 때문에 해결되며, 그 치수들은 수반되는 에너지들이 체인 내의 이 장소에서 약하기 때문에 작게 유지된다.
제 1 필터 (3) 는 선택적으로 입사 에너지를 고려하여 진공 중에 배치되지만, 그것은 비선형 크리스털(들) 만을 포함하는 진공 챔버 및 공간 필터링 디바이스, 즉, 통상적으로 직경이 5cm 이고 길이가 50cm 인 실린더이고, 이에 따라 1 m3 정도의 플라즈마 미러들의 경우에서보다 부피가 훨씬 덜 큰 챔버이며; 또한 요구되는 레벨의 진공도 (102 배 정도 더 낮은) 플라즈마 미러들의 경우에서보다 훨씬 더 낮다.
이중 플라즈마 미러에 의해 발생되는 두번째 문제, 에너지 손실의 문제는, XPW 필터들이 레이저 체인의 시작부에 배치되어 도입되는 상당한 손실을 보상하여 (총 투과율은 단지 몇 %), 주파수 처핑을 갖는 제 2 증폭단의 제 1 다중 패쓰 증폭기로부터의 1개 또는 2개의 패쓰들을 추가하는 것으로도 충분하기 때문에, 여기서 다시 해결된다.
실시형태의 바람직한 수단은 다음을 캐스캐이드로 갖는 기본 구성을 사용하는 하기의 아키텍처로 이루어진다:
- 모드 로킹 (locking) 을 갖는 티탄-사파이어 오실레이터 (1),
- 콘트라스트가 105 또는 106 정도인 출력에서 통상적으로 3 mJ 를 전달하는 제 1 티탄-사파이어 CPA (2),
- 예를 들어 15% 효율성을 갖는 BaF2 의 하나의 크리스털을 갖는 XPW HE 필터 (3),
- 전체 투과율이 70% 정도인, 제어된 분산을 갖는 한쌍의 미러들이 장착된 분산 보상기 (4),
- 효율성 20%, 통상적인 입력 에너지 300 μJ, 및 통상적인 출력 에너지 60 μJ 인 BaF2 의 2개의 크리스털들을 갖는 XPW 필터 (5),
- 이 CPA 의 증폭기들의 수에 따라 통상적으로 100 TW 와 30 PW 사이에 포함된 피크 전력을 전달하는 제 2 티탄-사파이어 CPA (6).
많은 변형예들도 가능하다:
- BaF2 는 CaF2 또는 SrF2 또는 CaBaF2, 또는 CaSrF2 또는 다이아몬드 또는 LiF 또는 YAG 또는 교차 편광파를 발생시킬 수 있는 3차 비선형 감수율을 갖는 임의의 다른 재료에 의해 대체될 수 있고,
- CPA들은 OPCPA 들에 의해 대체될 수 있거나 또는 하이브리드 구성 (OPCPA 다음 CPA) 을 갖는 것도 가능하고,
- CPA 의 경우, 증폭 매체가 티탄 도핑된 사파이어, 네오디뮴 또는 이테르븀 도핑된 유리(들)의 유리 (또는 혼합물), 또는 이테르븀 도핑된 유리 또는 크리스털들일 수 있고,
- 필터 (5) 는 XPW HE 필터일 수 있고,
- 주파수 처핑을 갖는 2개의 증폭단들 사이에 삽입된 3개의 XPW 필터들 (예를 들어 2개의 XPW HE 필터들 다음 1개의 XPW 필터), 2개의 제 1 XPW 필터들 각각의 이후에 분산 보상기를 갖는 구성을 상상하는 것이 가능하고; 이 경우, 엑사와트 (exawatt) 피크 전력과 양립가능한 1010 ~ 1012 배의 콘트라스트 증가를 상상하는 것도 가능하다.
- 1개 또는 2개의 XPW 필터들 (또는 XPW HE 필터들) 을 2개의 증폭단들 사이 (제 1 증폭단 (2) 과 중간 증폭단 (8) 사이, 또는 중간 증폭단 (8) 과 마지막 증폭단 (6) 사이; 도면의 예에서는 2개의 필터들 (3, 7) 이 증폭단 (2) 과 증폭단 (8) 사이에 있다) 에 갖고, 제 1 XPW 필터들 각각의 이후에 분산 보상기를 갖는, 도 3 에 도시된 주파수 처핑을 갖는 3개의 증폭단들 (CPA 또는 OPCPA) 을 갖는 구성을 상상하는 것도 가능하며, 이때 이 제 3 증폭단 (8) 이 그 압축기를 통해 분산 보상기의 역할을 하고 이로써 하나의 보상기를 대체한다는 것을 안다. 레이저 체인이 N 개의 필터들 (N≥2 이고 제 1 필터를 포함) 을 포함하는 경우, N-1 개의 제 1 필터들의 출력부에 분산 보상기, 즉 N-1 개의 보상기들이 존재한다.
본 발명은, XPW 테크놀로지에 내재하는 분광 확장 (spectral widening) 이 증가된다는 다른 이점을 가질 수 있다. 실제로, 비선형 현상이 강도의 세제곱에 의존하기 때문에 XPW 단은 
3 의 팩터만큼 분광을 확장시킨다 (그리고 이에 따라 펄스 지속기간도 그 만큼 감소된다). 각 펄스의 지속기간의 이러한 감소는 펌핑 에너지의 감소를 가능하게 한다. 이후 CPA 타입의 주파수 처핑을 갖는 증폭단들이 사용되는 것이 바람직하다.
Claims (6)
100 테라와트 (TeraWatt) 이상의 에너지 펄스들을 방출할 수 있는 레이저원 (100) 으로서,
- 고체 (solid-state) 레이저 오실레이터 (1),
- 주파수 처핑 (chirping) 을 갖는 제 1 증폭단 (2),
- 주파수 처핑을 갖는 마지막 증폭단 (6) 으로서, 이들 제 1 증폭단 및 마지막 증폭단이 각각 스트레처 (stretcher), 증폭 체인 및 압축기를 캐스캐이드로 포함하는, 상기 마지막 증폭단 (6), 및
- 1개 또는 2개의 비선형 크리스털들 (crystals) 및 3차 비선형 광학 감수율 (susceptibility) 을 갖는 비선형 교차 편광 필터 (3) 로 알려져 있는 제 1 필터로서, 교차 편광파를 발생시킬 수 있고, 그리고 상기 크리스털 또는 상기 크리스털들이 2개의 편광자들 사이에 배치되는, 상기 제 1 필터
를 캐스캐이드로 포함하는 레이저 체인으로 이루어지며,
상기 레이저 체인이,
- 상기 제 1 증폭단 (2) 및 상기 마지막 증폭단 (6) 사이에, 적어도 하나의 다른 비선형 교차 편광 필터 (5, 7), 즉, 상기 레이저 체인 내에서의 N개 (N≥2) 의 필터들, 및
- 상기 제 1 필터(들)(3) 의 출력부에 (각각) 배치되는, N-1 개의 분산 보상기(들)(4) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저원.
- 고체 (solid-state) 레이저 오실레이터 (1),
- 주파수 처핑 (chirping) 을 갖는 제 1 증폭단 (2),
- 주파수 처핑을 갖는 마지막 증폭단 (6) 으로서, 이들 제 1 증폭단 및 마지막 증폭단이 각각 스트레처 (stretcher), 증폭 체인 및 압축기를 캐스캐이드로 포함하는, 상기 마지막 증폭단 (6), 및
- 1개 또는 2개의 비선형 크리스털들 (crystals) 및 3차 비선형 광학 감수율 (susceptibility) 을 갖는 비선형 교차 편광 필터 (3) 로 알려져 있는 제 1 필터로서, 교차 편광파를 발생시킬 수 있고, 그리고 상기 크리스털 또는 상기 크리스털들이 2개의 편광자들 사이에 배치되는, 상기 제 1 필터
를 캐스캐이드로 포함하는 레이저 체인으로 이루어지며,
상기 레이저 체인이,
- 상기 제 1 증폭단 (2) 및 상기 마지막 증폭단 (6) 사이에, 적어도 하나의 다른 비선형 교차 편광 필터 (5, 7), 즉, 상기 레이저 체인 내에서의 N개 (N≥2) 의 필터들, 및
- 상기 제 1 필터(들)(3) 의 출력부에 (각각) 배치되는, N-1 개의 분산 보상기(들)(4) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저원.
제 1 항에 있어서,
상기 레이저 체인은 2개의 비선형 교차 편광 필터들 사이에 삽입되는 주파수 처핑을 갖는 제 3 증폭단 (8) 을 포함하며, 이 제 3 증폭단은 스트레처, 증폭 체인 및 압축기를 캐스캐이드로 포함하고, 이 압축기는 또한 분산 보상기인 것을 특징으로 하는 레이저원.
상기 레이저 체인은 2개의 비선형 교차 편광 필터들 사이에 삽입되는 주파수 처핑을 갖는 제 3 증폭단 (8) 을 포함하며, 이 제 3 증폭단은 스트레처, 증폭 체인 및 압축기를 캐스캐이드로 포함하고, 이 압축기는 또한 분산 보상기인 것을 특징으로 하는 레이저원.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
적어도 하나의 분산 보상기는 제어된 분산을 갖는 미러 압축기인 것을 특징으로 하는 레이저원.
적어도 하나의 분산 보상기는 제어된 분산을 갖는 미러 압축기인 것을 특징으로 하는 레이저원.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
1개의 (또는 여러개의) 증폭단(들)은 CPA 또는 OPCPA 증폭기인 것을 특징으로 하는 레이저원.
1개의 (또는 여러개의) 증폭단(들)은 CPA 또는 OPCPA 증폭기인 것을 특징으로 하는 레이저원.
제 4 항에 있어서,
CPA 증폭기는 티탄 도핑된 사파이어 또는 네오디뮴 또는 이테르븀 도핑된 유리들의 유리 또는 혼합물 또는 이테르븀 도핑된 크리스털들인 증폭 매체를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저원.
CPA 증폭기는 티탄 도핑된 사파이어 또는 네오디뮴 또는 이테르븀 도핑된 유리들의 유리 또는 혼합물 또는 이테르븀 도핑된 크리스털들인 증폭 매체를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저원.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비선형 크리스털은 BaF2 크리스털인 것을 특징으로 하는 레이저원.
상기 비선형 크리스털은 BaF2 크리스털인 것을 특징으로 하는 레이저원.
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| Chiba et al. | Broadband Yb-doped Fiber Laser System with Gain-Narrowing Compensation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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