Femtosekunden

CEP stabilisiert

Bei Pulsen mit Dauern, die sich dem Limit nur einer Feldoszillation nähern, wird die relative Phase zwischen dem Träger und der Einhüllenden (CEP carrier envelope phase) immer wichtiger. Die Fähigkeit diese Phase zu kontrollieren ermöglicht die Erforschung eines ganz neuen Bereichs in der extrem-nichtlinearen Physik, in dem die Phasenbeziehung zwischen der Trägerwelle und der Einhüllenden ausschlaggebend für die Beobachtung vieler Phänomene ist. Ein Beispiel hierfür ist die Attosekundenphysik, in der die Laser zur Erzeugung isolierter Attosekundenpulse traditionell auf CEP stabilisierten Oszillatoren basiert. Ein anderes Feld, das sich eröffnet hat, ist die Erforschung CEP abhängiger Effekte in der Elektronenspektroskopie, oder allgemeiner das Feld der Nanooptik, Plasmonik und Femtosekunden-Elektronenpunktquellen.

Das Stabilisieren der CEP des Lasers beruht auf optischer Selbstreferenzierung (verschiedene Methoden) um ein auf die CEP sensitives Signal für die Rückkopplung in den Oszillator zu erhalten, mit dem die Differenz zwischen der Gruppen- und Phasengeschwindigkeit geregelt werden kann, welche das Durchrutschen der Phase verursacht.

Eine gängige Implementierung der Selbstreferenzierung ist die Verwendung eines f-zu-2f Interferometers, welches darauf beruht, zwei Anteile eines Spektrums zu interferieren, bei dem der eine die doppelte Frequenz des anderen besitzt.

In den oktavspannenden Lasern von venteon, dem einzigartigen venteon CEP5, kommt das derzeit direkteste und natürlichste mögliche Schema zur Anwendung, indem die fundamentale Ausgangsbandbreite als Eingang für die Selbstreferenzierung verwendet wird. Auf diese Weise werden können zusätzliche Schritte zur Vergrößerung der Bandbreite vermieden werden.

Im venteon CEP5 werden nur die spektralen Ränder für die Selbstreferenzierung verwendet, wodurch weniger als 10% der Laserausgangsleistung benötigt werden. Durch die hohe Effizienz stehen Pulse mit einer Dauer von sub-6 fs und maximaler Leistung für die Anwendung zur Verfügung. Mit einer optionalen Modifikation des Interferometers ist auch eine CEP Offsetfrequenz von Null möglich, und folglich ein Pulszug mit identischer CE Phase jeden Pulses (versus jedem vierten Puls in der Standard Konfiguration) mit maximalem elektrischen Feld.

Für Anwendungen, die ein schmalbandigeres Spektrum benötigen, ist das konventionellere Schema mit PCF Faser für eine spektrale Verbreiterung des Ausgangsspektrums im venteon power mit CEP Stabilisierung verfügbar.

Beide Implementierungen profitieren vom Fortschritt der Methode der Rückkopplung, die das Regelsignal direkt in den Pumplaser mit CEPLoQ™ Technologie einspeist. Die Rückkopplung wird dabei über eine direkte Modulation der Leistung aus dem Pumplaser innerhalb von ±1% in einem Frequenzbereich von DC bis 1 MHz erreicht, mit einem Phasengang von weniger als 90° bis zu einer Frequenz von 700 kHz, was zu einer im Vergleich mit den traditionellen Methoden größeren Locking Bandbreite führt.

Der im venteon OPCPA verwendete parametrische Verstärkungsprozess erhält die CEP und somit sind die verstärkten Pulse ebenfalls CEP stabil. Durch Verwendung eines durchentwickelten Aufbaus und eines durchdachten Schemas zum Strecken der Pulse wird das extrem niedrige CEP Rauschen im Verstärker bestens erhalten. Eine weitere Regelschleife zur Stabilisierung langsamer Drifts des Verstärkers ist für langzeit-CEP-stabilen Betrieb verfügbar.

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