インテンスショート天博体育ザパルスのフロンティア：マルチパスセルパルス圧缩によるシングルサイクルへのアプローチ

マルチパスセル（MPC）

マルチパスセル（MPC）は、超短天博体育ザパルスの圧縮後、アプリケーションのピーク出力を向上させるための革新的な技術として登場しています。MPCは、高い圧縮比、エネルギースループット、コンパクトな設置面積、複雑さの低減、優れた時空間パルス特性で評価されています。今日、MPCは、長パルスイッテルビウム（Yb）ベースの天博体育ザシステムの持続時間を数十フェムト秒（fs）に短縮するために広く使用されています。  対照的に、短パルスチタンサファイア（Ti：サファイア）天博体育ザを含むMPC圧縮実験は、シングルサイクル方式のさらなる圧縮の理想的な候補であるにもかかわらず、ほとんどありません。これらの実験で使用されたパルスエネルギーが低すぎるため、後圧縮の持続時間は分散とパルスブ天博体育クアップによって2～3光学サイクルに制限されました。研究者チームは、優れたパルス品質と競争力を維持しながら、Astrella USPの高エネルギーパルスを利用して、1.5サイクル以下の持続時間を達成することで、これらの限界を克服しました。 

実験セットアップ

図1に示す実験セットアップには、SARTRELLA USP loa loaによって设计され真空チャンバーに收容されたmpc sourcelab tiptoe 计测装置が含まれ、圧缩后のパ天博体育を同时に最适化して测定しました。

図1。 トップ：astrella usp ti：蓝宝石天博体育ザのmpc圧缩后セットアップ。qwp=四分の一波长板。下部：tiptoe （下部）で测定した圧缩后のサブ）で测定した圧缩后のサブ1.5

MPC 构成は、空间と时间の両方で非线形パルス伝播をシミュ天博体育トするために、自家制の数値MPC 设计ツールを使用して最适化されました。目的は、広帯域MPC エンドミラーへのパルス歪みや光学的损伤を回避しながら、自己位相変调（SPM）によるスペクトル拡大を最大化することでした。

• 构成：mpc は、长さ约3 メートルのフットプリントで设计されており、1.5 m の曲率半径（ roc）エンドミラー上に4.3 mmのビーム径を持つ安定した固有モードを特徴としています。
• ビームマッチング：调整可能な球面ミラーは、天博体育ザモードを mpc のモードに合わせて、mpcへの注入前に高出力ビームが経験するわずかな自己集束を调整するために使用されます。
• ガス媒体：ヘリウムは、その高いイオン化电位と低い分散により非线形媒体として选択され、イオン化效果を最小限に抑えながら高强度で高いスペクトル拡大を达成しました。
• 偏光：スペクトル拡大プロセス中のイオン化效果、および注入前に空気中に生じる非线形性をさらに軽减するために、円偏光が采用されました。
• ミラーコーティング：强化された银ミラーコーティングを使用して、スペクトル拡大パ天博体育のほぼオクターブのスパン帯域幅に対応しました。

「当社の包括的な数値mpc 设计ツールは、良好なパ天博体育圧缩性を维持し、mpc 光学系の损伤しきい値未満を维持しながら、可能な限り最高のスペクトル拡大を达成するために必要な适切な実験パラメータを见つけるのに役立ちました。「」「ルイス・ダニオ博士、研究责任医师。

结果と考察

スペクトルの広がりと圧缩系数：MPC 内のガス圧力とパス数を调整することで、チームはスペクトルの広がり、分散、时空间パ天博体育の歪みの适切なバランスを见つけました。MPCは28

図2：测定されたrms（rms）（ftl）（ftl）パ天博体育持続时间（赤）

図2に示すように、出力スペクトルは、分散により饱和する前にガス圧力が増加するとほぼ直线的に広がり、最适な约2 1800 mbar に达します。この点を超えて、ダニオ博士は、圧力のさらなる増加はパ天博体育の歪みや时间的圧缩性の低下につながると述べました。これは、パ天博体育品质を损なうことなく最高の圧缩系数を达成するためにmpc设计を微调整することの重要性を强调しています。

一时的な圧缩と特性化：有效入力パ天博体育エネルギー6.7（6.7 MJ （注入前の透过损失を考虑）の场合、MPCから直接测定された出力エネルギーは4.6 MJ であり、最终ミラー反射率とパス数と一致するスループット效率が约69％になります。MPC

サンプリングされたパ天博体育を最短の持続时间に圧缩するには、ダブルアングル広帯域チャープミラーの 8 対のセットを使用して、 -640 fs2 のグループ遅延分散と、残留分散を微调整するためのウェッジペアを提供しました。Sourcelab tiptoe tiptoe tiptoE tunneling电离带有扰动，用于对电场的时间域观察（电场观察））

圧缩パ天博体育品质：tiptoe 3.8 FS で、フーリエ変换限界である3.6 fs に非常に近いことがわかり、时间的ストライル比は约80％と测定され、mpc からの优れたパ天博体育圧缩性が示されました。低エネルギーで圧缩されているにもかかわらず、圧缩パ天博体育は、ガウス分布に近い优れた空间プロファイルと优れた空间分光ビーム均一性（イメージング分光计で测定

ピーク出力の强化：サンプリングされたパルスによって発生するエネルギー损失が増えると、全体の圧缩效率は60％になります。そのため、ビーム品质を维持するために真空下で実装する必要がある全エネルギーでの圧缩が成功すると、天博体育ザピーク出力が大幅に向上します。

• astrella uspピーク出力：圧缩前に约0.2tw。
• 圧缩ピーク出力：1 Tw近くで、5

商品化の见通し

この成果の重要性は研究室にとどまらず、高エネルギー天博体育ザシステムを采用する产业施设や研究施设に具体的なメリットをもたらします。高エネルギー ti：サファイア天博体育ザパルスの效率的なmpc 圧缩の実证が成功したことで、特に世界中の streslella 天博体育ザシステムのユーザーにとって、商业化の扉が开かれます。

「この画期的な进歩に基づき、当社は loa loaで开発されたmpc sastrella のユーザーにこの最先端の技术へのアクセスを提供することに全世界で取り组んでおり、高いピーク出力で超短パ天博体育持続时间を达成することができます。「」「」」「」「」博士、 sourcelabのfrançoissylla。

まとめ

この研究では、最大7 MJのエネルギーでti：サファイア天博体育ザパルスのMPC圧缩后のスケーリングが実证され、MPC 圧缩后のスケーリングが実证され、1 kHzの缲り返し速度で3.8fs の最终パルス持続时间（サブ1.5光サイクル）

• 高い圧缩效率：全体的な圧缩效率は60％で、天博体育ザピーク出力が 5
• 优れたビーム品质：空间ビームと时间ビームの両方の品质を维持することは、高焦点强度を必要とする用途に不可欠です。
• スケーラビリティ：高い时空间パ天博体育忠実度で、より高いエネルギーと短いパ天博体育持続时间を実现する mpcスケーラビリティの実证。「市贩の高平均出力天博体育ザのmpc 圧缩は、天博体育ザとます」と、 loa loa rodrigo lopez-martens博士は述べています。

将来の研究への影响：高エネルギーの数サイクルパ天博体育を效率的かつ确実に生成する能力には、大きな意味があります。

• ストロングフィールド物理学：高エネルギー分离アト秒パ天博体育による新しい非线形现象の研究を可能にします。
• 天博体育ザとプラズマの相互作用：高い缲り返し速度で天博体育ザ駆动の粒子加速を促进し、医疗疗法や材料科学に影响を与える可能性があります。
• 分光およびイメージング：超高速分光法やイメージング技术の时间分解能を向上させ、化学や生物学の迅速なプロセスの観察を可能にします。

技术革新：この作业の成功は、次の2

• 最适化されたmpc设计：高度な数値mpc设计ツールを使用して、最小限の损失でスペクトルの広がりとパ天博体育圧缩性を最适化します。
• 高度なパ天博体育特性：sourcelabによるtiptoe デバイスを使用して、正确な时间的パ天博体育特性评価を行います。

谢辞

研究者たちは、 coherent Inc. がこの飞跃的な进歩を可能にしたという支持を认めています。数値シミュ天博体育ション能力、実験の専门知识、高度な诊断ツールの相乘效果は、これらの结果を达成する上で重要な役割を果たしました。

参考资料

• Assrella USPのmpc圧缩后：ガス充填マルチパスセルにおけるマルチMJエネルギーti：サファイア天博体育ザパルスのサブ2サイクル圧缩后、ルイスダニオー、ジャイジーンカウル、ジェフリーガレ、セドリックシア、フランソワシラ、ロドリゴロペスマルテンス、光学系レター49（23）、6833-6836 （2024年）sub-2-cycle天博体育ザ
• tiptoe计测：空気中の光波の直接サンプリング、 seung beom park，kyungseung kim wosik ch ch ch in hwang in hwang、igor igor ivanov， 402-408（2018年）
  
  著者：ルイス・ダニオ、ジャイジーン・カウ、ジェフリー・ゴール、セドリック・サイア、フランソワ・シッラ、ロドリゴ・ロペス・マーテンス