Генерация мультитераваттных фемтосекундных лазерных импульсов видимого диапазона спектра в гибридной лазерной системе

Институт сильноточной электроники СО РАН

Разработана новая концепция построения сверхмощных фемтосекундных лазерных систем видимого диапазона, основанная на использовании твердотельного комплекса на основе кристалла Ti:Sa и выходного газового усилителя на молекулах XeF(C-A). Создана не имеющая мировых аналогов мультитераваттная гибридная лазерная система THL-100 с длиной волны излучения 475 нм при длительности импульса 50 фс. Создание активной среды газового усилителя в ней обеспечивается вакуумным УФ излучением, возбуждаемым в ксеноне сильноточным пучком электронов. На установке последовательно достигнуты пиковые мощности излучения 14 ТВт (2012 год, мировой рекорд для видимой области спектра) и 40 ТВт (2019 год, второй результат в мире).

В настоящее время создание мультитераваттных и петаваттных лазерных систем основано на применении твердотельных титан-сапфировых или параметрических усилителей и техники усиления положительно чирпированных импульсов, т.е. растянутых во времени до 0.5-1 нс методом линейной частотной модуляции. Все эти системы работают в инфракрасной области спектра (0.8-1 мкм). Расширение спектрального диапазона их действия позволит раздвинуть границы области применений таких систем и в ряде случаев повысит эффективность взаимодействия фемтосекундного излучения с веществом. В ИСЭ СО РАН (г. Томск) совместно с ФИАН (г. Москва) была разработана новая концепция построения сверхмощных фемтосекундных лазерных систем видимого диапазона. Она основана на использовании твердотельного комплекса на основе кристалла Ti:Sa и выходного газового усилителя на молекулах XeF(C-A). В результате в ИСЭ СО РАН была создана уникальная мультитераваттная гибридная лазерная система THL-100, не имеющая мировых аналогов. Создание активной среды газового усилителя в ней обеспечивается вакуумным УФ излучением, возбуждаемым в ксеноне сильноточным пучком электронов. В первых экспериментах на ней в 2012 г. была получена рекордная для видимой области спектра пиковая мощность 14 ТВт. Импульс излучения при этом на длине волны 475 нм имел длительность 50 фс. Далее был проведен комплекс исследований, направленный на изучение возможности повышения мощности на лазерной системе. Результаты исследований позволили в 2019 г. получить мощность 40 ТВт (вторая в мире). Повышение мощности было реализовано за счет улучшения однородности лазерного пучка, повышения энергии на выходе системы (с 0.7 до 1.2 Дж) и сокращения длительности импульса излучения с 50 до 29.4 фс за счет уширения спектрального контура второй гармоники.

Публикации
1. С.В. Алексеев, А.И. Аристов, Н.Г. Иванов, Б.М. Ковальчук, В.Ф. Лосев, Г.А. Месяц, Л.Д. Михеев, Ю.Н. Панченко, Н.А. Ратахин. Мультитераваттная фемтосекундная система гибридного типа на основе фотодиссоционного XeF(C-A)-усилителя видимого диапазона // Квантовая Электроника. – 2012 – Т. 42 – № 5 – С. 377-378.
2. С.В. Алексеев, Н.Г. Иванов, В.Ф. Лосев, Г.А. Месяц, Л.Д. Михеев, Н.А. Ратахин, Ю.Н. Панченко. Достижение пиковой мощности 40 ТВт в гибридной фемтосекундной системе видимого диапазона THL-100 // Квантовая электроника. 2019. Т. 49. № 10. С. 947-950.