空气中1kHz飞秒激光灯丝产生的稳定强超连续光

发布时间:2024-02-08 17:00:21.000Z

 

实验装置示意图。(a):以kHz重复频率在空气中产生稳定的高能量SC光并进行表征。(b):灯丝抖动测量。高压关闭(c)和高压打开(d)时,激光灯丝在空气中的真实彩色图像。对应的远场前向光束在白色屏幕上的真实彩色图像:(e)高压关闭和(f)高压打开。学分:光:科学与应用(2024)。DOI: 10.1038/s41377-023-01364-3超连续谱(SC)白光(光谱从近紫外延伸到红外波长)在凝聚态科学、生物、物理和化学中具有先进的超快激光光谱。与常用的光子晶体光纤和块状材料相比,飞秒激光在气体中的丝化对SC的产生具有抗损伤性。

 

然而,热扩散在空气细丝的毫秒时间尺度导致空气密度降低,在到达下一个激光脉冲的千赫重复激光器。热自作用效应导致激光灯丝明显的光束指向和强度抖动,这给使用kHz灯丝及其SC光源的应用带来了挑战。

 

中国科学院上海光学精密机械研究所高场激光物理国家重点实验室王铁军教授及其同事在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中,展示了一种简单的方法,可以提高空气丝诱导SC光的光束指向和强度稳定性。

 

这是通过简单地在灯丝的等离子体通道上施加外部直流电场来实现的。在外加电场作用下,等离子体复合被明显抑制,电极产生离子风,减少了灯丝区的热沉积,抑制了灯丝的热抖动。

 

 

(a)前向SC激光器和灯丝指向角在1khz时的sdev随施加高压的函数。不同激光重复率下正向SC光(b)和灯丝(c)散射角的SDEVs。(c)中的实线适合引导眼睛。(电极尖端与灯丝之间的距离为1mm) (d)随着电压的增加,施加在灯丝上的有效电场的模拟结果。学分:光:科学与应用(2024)。DOI: 10.1038/s41377-023-01364-3

 

(a)有(FIL+ 55kv)和无(FIL)直流外加电场成丝后的典型白光光谱与无FIL的初始激光光谱对比。各谱分布在最大值处归一化。(b)在直流电场的不同极性(正负极性)下,激光工作在1khz时SC光谱强度的信噪比。(c)在1m聚焦条件下获得的SC激光能量与泵浦激光能量的函数关系。学分:光:科学与应用(2024)。DOI: 10.1038/s41377-023-01364-3据报道,1khz空气灯丝诱导SC光的光束指向抖动被抑制了两倍以上。SC光的信噪比也得到了显著提高。科学家们成功地在空气中产生了稳定的高强度、高重复的超连续白光光源

 

这对超连续谱白光的应用具有重要意义,对基于灯丝的其他二次光源,如三次谐波产生、太赫兹、空气激光、基于灯丝的凝聚态材料的成像和微加工等也有重要意义。

 

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