RO126353A2 - Metodă şi sistem laser cu pulsuri ultrascurte pentru generare de pulsuri multiple - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă şi un sistem laser cu pulsuri ultrascurte pentru generare de pulsuri multiple. Metoda conform invenţiei constă din generarea de pulsuri laser multiple prin modificarea drumului optic al diferitelor componente spectrale ale unui puls laser (1), realizată la nivelul unui alungitor sau compresor optic existent în orice sistem laser bazat pe metoda de amplificare cu pulsuri modulate, loc în care pulsul laser are componentele spectrale separate spaţial şi colimate. Sistemul laser conform invenţiei este caracterizat prin introducerea unor componente optice (2) reflectante, refractante sau difractive optic la nivelul alungitorului sau compresorului optic al unui sistem laser bazat pe metoda de amplificare cu pulsuri modulate.

Description

Invenția se refera la o metoda si un sistem laser ce produce pulsuri multiple cu intensități si întârzieri controlabile si (parțial) separate spectral, pornind de la metoda de amplificare cu pulsuri modulate (Chirped Puise Amplification - CPA) [G.A. Mourou, T Tajima, S.V. Bulanov, Optics in the relativistic regime, Reviews of Modern Physics 78 (2) (2006 )]. Generarea de pulsuri multiple este destinata procesărilor de materiale cu ajutorul laserilor cu pulsuri ultrascurte si pentru aplicații științifice si de dezvoltare tehnologica cum ar fi experimente de tip excita-si-sondeaza (pump-probe). Sunt cunoscute metode de generare a pulsurilor multiple prin modificări in interiorul sau in afara sistemului laser, asa numitele tehnici de puise shaping [A. M. Weiner, Femtosecond puise shaping using spațial light modulators, Rev. Sci. Instrum.,Vol. 71, No.5, May (2000)].

Dezavantajul acestor metode este ca necesita un sistem optic separat de sistemul laser, mai complex din punct de vedere tehnic (adica avand mai multe componente optice) si in consecința sistemele bazate pe aceasta abordare ce produc pulsuri multiple ocupa mai mult spațiu, sunt mai greu de montat si aliniat si sunt mai scumpe.

Este, de asemenea, cunoscuta metoda de generare a pulsurilor multiple prin modificări in interiorul sistemului laser (prin construcția unui interferometru) dar in afara sistemului de alungire sau compresie optica a pulsului ultrascurt [D. Zimmer , B. Zielbauer, V. Bagnoud, U. Eisenbarth, D. Javorkova, T. Kuehl, Optics Express, Volume 16, Issue 14, 7, 10398- 10403, (2008)].

Dezavantajul acestei metode este ca necesita un sistem optic mai complex din punct de vedere tehnic (adica avand mai multe componente optice) si in consecința sistemele bazate pe aceasta abordare, ce produc pulsuri multiple, ocupa mai mult spațiu, sunt mai greu de montat si aliniat si sunt mai scumpe, iar pulsurile optice produse nu sunt separate spectral.

Metoda pentru generare de pulsuri multiple, conform invenției, elimina dezavantajele mai sus menționate prin aceea ca, in scopul reducerii costului si a simplificării traseului optic si a reglajelor de efectuat, producerea si controlul pulsurilor multiple se fac prin modificarea drumului optic pentru diferitele componente spectrale ale pulsului laser ce intra in alungitorul sau compresorul optic. Aceasta se realizează la nivelul alungitorului (stretcher) sau compresorului optic, existente in orice sistem bazat pe CPA, in locul unde aceste componente spectrale sunt (parțial) separate spațial si colimate. In majoritatea sistemelor laser bazate pe

1/4 ^-2009-00617-0 5 -08- 2009

CPA exista un astfel de loc in alungitorul sau/si in compresorul optic bazate pe prisme, grisme (grism) sau rețele de difracție. In acest loc se introduce un drum optic suplimentar pentru componentele spectrale ale pulsului laser ce se intenționează a fi întârziate, producând astfel un al doilea puls. Folosind aceeași metoda, se poate introduce in același loc un drum optic adițional pentru o alta parte din componentele spectrale ale pulsului laser ce intra in alungitor sau compresor, generând un al treilea puls, si asa mai departe, putandu-se genera mai multe pulsuri, după nevoi.

Sistemul laser, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea ca folosește un minim de o componenta optica de tip fereastra optica cu fete plan paralele ce se introduce in alungitorul sau compresorul optic unde componente spectrale ale pulsului laser ce intra in alungitor sau compresor sunt (parțial) separate spațial si colimate. întârzierea t intre cele doua pulsuri astfel produse este data de grosimea ferestrei optice d si de indicele de refracție al acesteia n după formula t=(n-l)d/c.

întârzierea se poate face si prin utilizarea mai multor ferestre optice pentru a genera doua sau mai multe pulsuri. Se pot folosi alternativ sau împreuna cu componente optice refractive ca in cazul prezentat mai sus si componente optice reflective (oglinzi) pentru a genera doua sau mai multe pulsuri de exemplu prin folosirea a doua sau mai multe oglinzi de tip acoperiș (roof mirrors). In sistem se pot folosi si alte componente optice (inclusiv difractive) pentru a produce pulsuri multiple prin controlul lungimii drumului optic si pentru a mari controlul asupra proprietăților pulsurilor multiple produse, cum ar fi durata acestor pulsuri.

In cele ce urmeaza se dau doua exemple de realizare a invenției, cu referire la figurile 1 si 2 care reprezintă:

-fig.l, vedere in perspectiva a doua ferestre optice introduse in alungitorul sau compresorul optic

-fig.2, vedere in perspectiva cu o oglinda acoperiș introdusa in alungitorul sau compresorul optic

Sistemul laser exemplificat in fig. 1, conform invenției, utilizează, la nivelul alungitorului sau compresorului, un puls laser 1, in locul unde componente spectrale ale pulsului laser sunt (parțial) separate spațial si colimate, care se propaga in plan orizontal de-a lungul axei y si care trece prin doua ferestre optice 2 si 3 de grosimi similare, paralele cu axa x si alipite in planul yz. Datorita faptului ca fereastra optica 2 formează un unghi diferit de zero cu fereastra optica 3 in planul yz, drumul optic prin fereastra 2 este mai lung decât cel prin fereastra 3 si,

2/4

Ο 5 -08- 2009 in consecința, pulsul laser se separa in doua parti după aceasta trecere. Cele doua pulsuri astfel formate ajung pe o oglinda acoperiș 4, paralela cu axa x, ce se întâlnește in general in sistemele alungitor sau compresor, care retrimite printr-un sistem format din cele doua ferestre optice 5, cele doua pulsuri laser generate după prima trecere prin sistemul 5. Se obțin astfel un puls laser 6, ce conține o parte din componentele spectrale ale pulsului laser inițial 1, si un puls laser 7, ce conține celelalte componente spectrale ale pulsului 1. După compresia ulterioara finala a pulsurilor 6 si 7 in compresorul optic al sistemului laser, se obțin doua pulsuri laser ultrascurte, ce conțin componente spectrale complementare. Controlul întârzierii intre pulsurile 6 si 7 se realizează prin modificarea diferenței de drum optic intre acestea prin varierea unghiului intre ferestrele 2 si 3 in planul yz. Controlul raportului intensităților intre pulsul 6 si 7 se realizează prin deplasarea solidara a ferestrelor 2 si 3 de-a lungul unei axe paralele cu axa x, modificând in acest fel domeniul spectral ce contribuie la pulsurile 6 si 7.

Sistemul laser exemplificat in fig. 2, conform invenției, utilizează, la nivelul alungitorului sau compresorului, un puls laser 1, in locul unde componente spectrale ale pulsului laser sunt (parțial) separate spațial si colimate, care se propaga in plan orizontal de-a lungul axei y. Acesta ajunge intai parțial pe o oglinda acoperiș 2 paralela cu axa x, ulterior cealalta parte a pulsului laser ajungând pe o oglinda acoperiș 3 paralela cu axa x, ce se întâlnește in general in sistemele alungitor sau compresor optic. Un puls laser 4, obtinut prin reflexia pe oglinda acoperiș 3, are un drum optic mai lung si va fi intarziat fata de un puls laser 5 obtinut prin reflexia pe oglinda acoperiș 2. După compresia ulterioara finala a pulsurilor 4 si 5 in compresorul optic al sistemului laser, se obțin doua pulsuri laser ultrascurte, ce conțin componente spectrale complementare. Controlul întârzierii intre pulsurile 4 si 5 se realizează prin modificarea diferenței de drum optic intre acestea prin varierea distantei intre oglinzile acoperiș 2 si 3 de-a lungul axei y. Controlul raportului intensităților intre pulsul 4 si 5 se realizează prin deplasarea solidara a oglinzii acoperiș 2 de-a lungul unei axe paralele cu axa x, modificând in acest fel domeniul spectral ce contribuie la pulsurile 4 si 5.

Metoda si sistemul laser, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- simplificarea traseului optic fata de metodele cunoscute de generare de pulsuri multiple menționate mai sus.

— micșorarea numărului de componente fata de sistemele laser cunoscute cu generare de pulsuri multiple menționate mai sus, compactizarea sistemului laser si simplificarea reglajului sistemului

3/4

Ο Ο 9 - Ο Ο 6 1 7 - Ο 5 -08- 2009 — un preț mai mic datorat sistemului simplu de producere a pulsurilor multiple, bazat pe componente optice existente in mod obișnuit pe piața laserilor.

— pulsurile laser produse sunt (parțial) separate spectral, aceasta fiind un avantaj in experimente de tip excita si sondează (pump-probe) — metoda este scalabila la un număr de mai multe pulsuri, de exemplu prin folosirea combinata a sistemelor prezentate in figura 1 si figura 2.

Claims (4)

1. Revendicări

   1. Ο metoda pentru generare de pulsuri laser multiple caracterizata prin aceea ca, in scopul producerii de pulsuri multiple, (parțial) separate spectral si in scopul simplificării traseului optic, reglajelor sau reducerii costului sistemului, se introduc componente optice reflectante, refractante sau difractive optic in alungitorul sau compresorul optic al unui sistem laser, acolo unde componente spectrale ale pulsului laser ce intra in alungitorul sau compresorul optic sunt (parțial) separate spațial si colimate, modificând in acest fel drumul optic al componentelor spectrale respective.
2. 2. Un sistem laser cu pulsuri ultrascurte pentru generare de pulsuri multiple, bazat pe metoda prezentata in revendicarea 1, caracterizat prin aceea ca, in scopul producerii de pulsuri multiple, (parțial) separate spectral si in scopul simplificării traseului optic, reglajelor si reducerii costului sistemului, se introduc componente optice reflectante, refractante sau difractive optic in alungitorul sau compresorul optic al unui sistem laser acolo unde componente spectrale ale pulsului laser ce intra in alungitorul sau compresorul optic sunt (parțial) separate spațial si colimate, modificând in acest fel drumul optic al componentelor spectrale respective.
3. 3. Un sistem laser cu pulsuri ultrascurte pentru generare de pulsuri multiple ca in revendicarea 2, bazat pe metoda din revendicarea 1, caracterizat prin aceea ca elementele introduse in alungitorul sau compresorul optic in locul unde componente spectrale ale pulsului laser sunt (parțial) separate spațial si colimate, sunt, ca in figura 1, doua (sau mai multe) ferestre optice (2) si (3), paralele cu axa x si alipite in planul yz, una din ele (sau mai multe) (2) rotindu-se cu axa de rotatie x, controlând in acest fel întârzierea intre pulsurile generate si aceeași fereastra optica putandu-se deplasa perpendicular pe direcția de deplasare solidar cu fereastra optica (3) , prin aceasta deplasare controlandu-se raportul intre energiile pulsurilor.
4. 4. Un sistem laser cu pulsuri ultrascurte pentru generare de pulsuri multiple ca in revendicarea 2, bazat pe metoda din revendicarea 1, caracterizat prin aceea ca elementele introduse in alungitorul sau compresorul optic in locul unde componente spectrale ale pulsului laser sunt (parțial) separate spațial si colimate, este, ca in figura 2, o oglinda acoperiș (sau mai multe) (2), cu vârful perpendicular pe direcția de propagare a pulsului laser incident si care se poate deplasa atat de-a lungul direcției de propagare a pulsului, cat si perpendicular pe aceasta, prin aceste deplasări controlandu-se întârzierea intre pulsurile generate si raportul intre energiile pulsurilor si care poate conține si componente optice ca in revendicarea 3.