Collective pulse amplification in burst mode fiber laser amplifiers in gain-managed nonlinearity regime

Ultra hızlı lazerlerin optik metroloji ve spektroskopiden mikroskopiye kadar çeşitli uygulamaları vardır. Araştırma laboratuvarının dışında en önemli uygulama, özellikle hassas mikro işleme olmak üzere malzeme işleme olmaya devam ediyor. Geleneksel ultra hızlı işlemede, düşük tekrarlama oranlarında yüksek enerjili atımlar kullanılır. Yakın zamanda tanıtılan ablasyon soğutmalı rejim, çok daha yüksek tekrarlama oranlarında orta enerjili atımların kullanılması yoluyla daha yüksek hızlara ve malzeme çıkarma verimliliğine ulaşıyor. Bununla birlikte, daha yüksek tekrarlama oranları aynı zamanda kısa atımlar gerektirir ve daha yüksek hızlar, kilowatt ortalama güçlerde 50 fs'nin altındaki atımlar gibi daha yüksek ortalama güçler gerektirir. Bu tür parametreler mevcut tekniğin çok ötesindedir, ancak böyle bir performansın elde edilememesinin temel bir nedeni yok gibi görünmektedir. Ablasyonla soğutulan rejimden yararlanmaya yönelik yaygın bir yaklaşım, kümelerden yani atım gruplarından faydalanmaktır. Bununla birlikte, bu tür çoğuşma modlu amplifikatörler bugüne kadar nispeten atım süreleriyle sonuçlanmıştır. Bu tez, yakın zamanda keşfedilen başka bir rejimde, yani kazanç yönetimli doğrusal olmayan amplifikasyonda küme modu işlemini uygulayarak bu sınırlamanın üstesinden gelmeyi amaçlamaktadır. Ultra hızlı lazer malzeme işlemede, 50 femtosaniyenin altındaki atım genişlikleri ve kW ortalama güçleri arzu edilir. Ancak bu tür lazerler, bu tür sistemlerin karmaşıklığı nedeniyle literatürde henüz rapor edilmemiştir. 50 femtosaniyenin altındaki atımlari elde etmek için atım evriminin iyi tasarlanmış olması gerekir. Ayrıca kW ortalama güçler aktif soğutma sistemleri gerektirir. Lazer sistemlerindeki ortalama güçleri azaltıp aynı atım enerjilerini elde etmenin pratik bir yöntemi, sürekli bir akış yerine atım kümelerini güçlendirmektir. Bu kümeler enerjinin zamanla daha sınırlı kalmasına ve ortalama gücün daha düşük olmasına olanak tanır. kümenin olmadığı durumda, çeşitli doğrusal olmayan atım amplifikasyon rejimleri tasarım süreçlerine yardımcı olur ve yüksek kaliteli atımlar üretir. Bu rejimlerden biri kazanç yönetimli doğrusal olmayan amplifikasyon rejimidir. Bu rejimde, kazanç spektrumunun doğrusal olmayan spektral genişlemenin eşlik etmesiyle uzun dalga boylarına kaydırılmasından sonra, atımlar için eski rejimlere göre daha uzun spektrumler elde edilir. Bu işlem, güçlendirilmiş atımlar için çok geniş optik spektrumlara ve kısa atımlare neden olur. Sürekli durumda 50 fs'nin altındaki atımların elde edilmesi genellikle karmaşıktır ve sonuçların yeniden üretilmesi zordur. Bununla birlikte, kazanç yönetimli doğrusal olmayan rejim ile amplifikatör parametrelerinin doğru seçilmesiyle rutin olarak 50 femtosaniyenin altındaki atımlar elde edilebilir. Buna rağmen, kümelerin dahil edilmesiyle, atım parametreleri, esas olarak bir çoğuşma içindeki tek biçimli olmayan atımlare sahip olmasından dolayı çok daha kötü olma eğilimindedir. Bu nedenle, küme modlu lazerlerde 50 femtosaniyenin altında atımlar elde etmek çok zordur ve şu ana kadar böyle bir lazer rapor edilmemiştir. Bu rejimi sürekli pompalanan sinyal küme lazerleriyle birleştirerek, 900 nJ enerjili ve 50 femtosaniyenin altındaki atım genişliklerinde, 240 MHz'e kadar yüksek atım tekrarlama oranlarına ve 1 MHz küme tekrarlama oranına sahip atımlar elde ettik. Tasarım süreci, doğrusal olmayan amplifikasyon süreci ve kazanç ortamının tepki süresine ilişkin bilginin matematiksel modelleme ve sayısal simülasyonlar yoluyla kazanılmasıyla desteklenir. Kazanç yönetimli doğrusal olmayan rejimde küme modu amplifikasyonu, yeni fiziksel etkilere yol açar; bu sayede bir atımnin amplifikasyonu, bir küme oluşturan diğer atımlare bağlıdır.