在激烈的短激光天博综合app官网登录中的边界：使用多通电池天博综合app官网登录压缩接近单个周期

多通牢房（MPC）

多通电池（MPC）正在成为用于压缩后超短激光天博综合app官网登录的游戏改变的技术，并增强其用于应用的峰值功率。 MPC的高压比，能量吞吐量，紧凑的足迹，降低的复杂性和出色的时空天博综合app官网登录特性值。如今，MPC被广泛用于减少基于YTTERBIUM（YB）的激光系统的持续时间，以减少几十个飞秒（FS）的持续时间。  相比之下，涉及短天博综合app官网登录钛的MPC压缩实验：蓝宝石（TI：蓝宝石）激光器很少，尽管是理想的候选者，可以进一步压缩单周期。这些实验中使用的天博综合app官网登录能量过低意味着压缩后持续时间受分散和天博综合app官网登录分解限制为2-3个光学周期。研究人员团队通过利用Asserlla USP的高能量天博综合app官网登录来实现低1.5周期持续时间来克服这些局限性，同时保持出色的脉搏质量和竞争效率。 

实验设置

图1中描述的实验设置包括由LOA设计的Astrella USP激光系统，该系统由LOA设计并容纳在真空室中，光束塑造光学元件，一种chi镜的镜面压缩机，以及从Sourcelab中的tiptoe Metrology设备，从Sourcelab中启动和测量后的天博综合app官网登录天博综合app官网登录天博综合app官网登录。  

图1。顶部：Assrella USP TI：Sapphire Laser的MPC压缩后设置。 QWP =四分之一波板。底部：通过tiptoe（底部）测量的后压缩后1.5循环天博综合app官网登录的光谱和时间特性。 

使用自制的数值MPC设计器工具优化了MPC配置，以模拟空间和时间中的非线性天博综合app官网登录传播。目的是通过自相度调制（SPM）最大化光谱扩大，同时避免天博综合app官网登录失真和对宽带MPC末端摩擦的光学损害。

• 配置：MPC的占地面积约为3米，具有稳定的特征模型，其稳定的特征模式在1.5 m的曲率（ROC）末端mirrors。
• 光束匹配：一对可调节的球形镜用于将激光模式与MPC的激光模式匹配，同时还可以调整高功率光束在注入MPC之前经历的轻微自我关注。
• 气体介质：氦气由于其高电离势和低分散体而被选为非线性培养基，以在高强度较高的情况下实现高频谱拓宽，具有最小的电离效应。
• 极化：循环极化被用来进一步减轻光谱拓宽过程中的电离效应，以及注射前空气中经历的任何非线性。
• 镜像涂料：使用增强的银镜涂层来容纳频谱宽阔的天博综合app官网登录的近乎跨度带宽。 

“我们的综合数值MPC设计器工具帮助我们找到了实现最高光谱扩展所需的正确的实验参数，同时保持良好的天博综合app官网登录可压缩性并保持低于MPC Optics的伤害阈值。” - - - -DR。该研究的首席研究员Louis Daniault。

结果与讨论

频谱拓宽和压缩因子：通过调整气体压力和MPC内部的通行数，团队在光谱宽扩大，分散和时空天博综合app官网登录失真之间找到了正确的平衡。将MPC配置为28次，这提供了最佳的输出天博综合app官网登录质量，同时最大程度地减少了损失。 

图2：测得的RMS光谱带宽（蓝色）和傅立叶变换限制（FTL）天博综合app官网登录持续时间（红色）与MPC内部的氦气压力的演变。

，如图2所示，由于分散体的分散，输出频谱在饱和之前随着气压的增加而延伸，并且达到1800 mbar左右。达尼亚特博士说，在这一点之后，压力的任何进一步增加都会导致脉搏失真和时间可压缩性差。这突出了精细优化MPC设计以实现最高压缩因子而不损害天博综合app官网登录质量的最高重要性。

时间压缩和表征：对于有效输入天博综合app官网登录能量为6.7 MJ（注射前的传输损失），直接从MPC中测量的输出能为4.6 MJ，产生了约69％的吞吐量，与末端磨难的反射率和通道数量一致。为了避免在MPC之后传播空气中的高峰值天博综合app官网登录，通过反射从薄玻璃楔子上进行反射采样，并在真空腔外发送以进行时间压缩和表征。

使用一组八对双角宽带chir式镜子来将采样的天博综合app官网登录压缩到其最短持续时间，从而提供了640fs²的总组延迟分散体，并提供了一个楔形对，以进行微调残差分散。使用tiptoe（带扰动的隧道电离，用于对电场的时间域观察）进行精确的时间表征，该设备由Sourcelab开发，这是一种先进的诊断工具，该工具可直接测量超天博综合app官网登录天博综合app官网登录的电场，以验证高临时天博综合app官网登录，以验证高度验证，以验证具有高度的压缩脉搏效果。

压缩天博综合app官网登录质量：脚尖测量结果显示天博综合app官网登录持续时间为3.8 fs，非常接近傅立叶转换极限为3.6 fs，并测量了时间strehl比率约为80％，表明MPC的出色天博综合app官网登录可压缩性超出了MPC。尽管在低能量下被压缩，但压缩天博综合app官网登录仍保持出色的空间曲线，并具有接近高斯的分布和出色的空间光线束均匀性（如成像光谱仪测量），表明可以实现高浓度强度的良好潜力。。

峰值增强：采样天博综合app官网登录所经历的额外能量损失导致总体压缩效率为60％。因此，全能量必须在真空下实施以保持光束质量的成功压缩将导致激光峰值的显着提升：

• Assrella USP峰值功率：压缩前约0.2 TW。
• 压缩峰值功率：接近1 TW，表示五倍。

商业化前景

这项成就的重要性扩展到实验室之外，为采用高能激光系统的行业和研究设施提供了切实的好处。高能量TI的有效MPC压缩的成功演示：蓝宝石激光天博综合app官网登录为商业化打开了大门，尤其是对于全球Astrella Laser Systems的用户。

“基于这一开创性的进步，我们的公司决定将在LOA开发的MPC架构进行商业化。我们致力于在全球范围内为Astrella用户提供这种尖端技术的访问，从而使他们能够以高峰值功率实现超短天博综合app官网登录持续时间。

结论

该研究成功证明了MPC的Ti：Ti：Sapphire激光天博综合app官网登录的缩放，具有高达7 MJ的能量，以1 kHz的重复速率达到了创纪录的3.8 fs最终天博综合app官网登录持续时间（sub-1.5光学周期）。关键成就包括：

• 高压效率：总体压缩效率为60％，激光峰值的潜在增加了五倍。
• 出色的光束质量：保持空间和颞梁质量的保存，对于需要高浓度强度的应用至关重要。
• 可伸缩性：具有高时空天博综合app官网登录保真度的MPC可伸缩性表现为更高的能量和较短的天博综合app官网登录持续时间。 “商业高平均功率激光器的MPC压缩将迅速导致高频率二级粒子和由强烈激光 - plasma相互作用产生的辐射光束的现实应用。”，LOA团队负责人Rodrigo Lopez-Martens博士。

对未来研究的影响：有效且可靠地产生高能量的几个周期天博综合app官网登录的能力具有显着影响：

• 强场物理：以高能量孤立的attosecond天博综合app官网登录对新型非线性现象进行研究。
• 激光 - 帕斯马互动：以高重复速率促进激光驱动的颗粒加速度，可能影响医疗疗法和材料科学。
• 光谱和成像：改善超快光谱和成像技术的时间分辨率，从而可以观察化学和生物学中的快速过程。

技术创新：这项工作的成功基于两个关键创新：

• 优化的MPC设计：使用高级数值MPC设计工具来优化光谱扩大和天博综合app官网登录可压缩性，并以最小的损失。
• 高级天博综合app官网登录表征：使用Sourcelab使用tiptoe设备进行准确的时间天博综合app官网登录表征。

确认

研究人员承认Cooherent Inc.的支持使这一突破。数值模拟能力，实验专业知识和先进的诊断工具之间的协同作用在实现这些结果方面发挥了作用。 

参考

• MPC astrella usp的压缩后： 多-MJ能量Ti的sub-2周期压缩后：蓝宝石激光天博综合app官网登录在充满气体的多通中Cell，Louis Daniault，Jaismeen Kaur，GeoffreyGallé，CédricSire，FrançoisSylla和Rodrigo Lopez-Martens，Optics Letters 49（23）（23），6833-6836（2024）
• tiptoe计量学： 空气中的光波直接采样，Seung Beom Park，Kyungseung Kim，Wosik Cho，Sung in Hwang，Igor Ivanov，Chang Hee Nam和Kyung Taec Kim，Optica 5（4），第402-408页（2018年）
  
  作者：Louis Daniault，Jaismeen Kaur，Geoffrey Galle，Cedric Sire，FrançoisSylla和Rodrigo Lopez Martens