Kilowattová vysokoenergetická harmonická konverze na vlnovou délku 515 nm s energií 95 J při opakovací frekvenci 10 Hz

Text

Pulzní lasery s vysokou energií a vysokým průměrným výkonem produkují velké množství tepla v zesilovacím médiu a toto teplo je jedním z hlavních zdrojů degradace kvality výstupního svazku. Teplo vytváří teplotní gradienty, které vedou k vytvoření dvojlomu vyvolanému tepelným napětím. Jeho parametry se mění napříč optickou aperturou, čímž nerovnoměrně ovlivňují polarizaci svazku v jeho průřezu. Tato změna polarizace není vždy okamžitě viditelná, pokud se svazek nešíří specifickým typem zařízení citlivého na polarizaci, jako je polarizátor, nebo není použit v procesu citlivém na polarizaci, jako je harmonické konverze frekvence. Množství energie v nežádoucím polarizačním stavu může dosáhnout až 50 %, což výrazně snižuje celkovou účinnost jakéhokoli konverzního procesu.

Druhá harmonická frekvenční konverze světla o vlnové délce 1 µm produkuje zelené světlo o vlnové délce 500 nm. Takové vlnové délky světla se obvykle používají pro optické čerpání laserů s ultrakrátkými pulzy, jako jsou systémy Ti:safírové pracující se zesílením čerpovaného pulsu (CPA – chirped pulse amplification) nebo systémy zeislující pulsy parametricky (OPCPA – optical parametric CPA). Další možnou aplikací je laserové vyklepávání (LSP - Laser Shock Peening), technika pro zlepšení odolnosti mechanických součástek. LSP obvykle využívá tenkou vodní vrstvu, která udrží laserem generovanou rázovou vlnu v součástce, ale vytvoření této vrstvy na součástkách se složitými tvary je problematické. Použití 500 nm světla umožňuje takové komponenty plně ponořit, takže LSP probíhá pod vodou. Toto by nebylo možné s 1 µm zářením, které je ve vodě silně absorbováno.

V našem nedávném článku byly řešeny tepelné problémy spojené s harmonickou konverzí. K změření polarizační odezvy výkonového laserového zesilovače laserového systému Bivoj/DiPOLE byla použita vlastní polarimetrická metoda, která umožnila numericky vyhodnotit odezvu systému na libovolnou vstupní polarizaci. Dvojlomné prostředí ovlivňuje každý jednotlivý polarizační stav jinak. Pomocí polarimetrické metody bylo možné nalézt vstupní polarizační stav, který je transformován do nejrovnoměrnějšího výstupního polarizačního stavu. Pár vstupních vlnových destiček byl nastaven tak, aby poskytoval požadovanou vstupní polarizaci, a tím minimalizoval polarizační nerovnoměrnost získanou během zesílení. Na výstupu zesilovače byla poté upravena polarizace pomocí další dvojice vlnových desek tak, aby poskytla lineární výstupní polarizaci svazku.

Tato práce rozšířila aplikační potenciál laseru Bivoj/DiPOLE. V budoucnu bude možné aplikovat stejný přístup i pro zvýšení účinnosti převodu třetí harmonické. Ta bude generovat vlnové délky pro aplikace v inerciálních fúzních elektrárnách a pomocí naší metody sníží elektrickou spotřebu laserů používaných ke kompresi paliva. Třetí harmonické se také uplatní v polovodičovém průmyslu pro žíhání polovodičů.

Výstupní svazek laseru za polarizačně citlivým elementem (polarizátorem): a) bez kompenzované tepelně vyvolané změny polarizace vykazuje velkou změnu intenzity a b) s kompenzovanou tepelně vyvolanou změnou polarizace vykazuje malou změnu intenzity.
Popis
Výstupní svazek laseru za polarizačně citlivým elementem (polarizátorem): a) bez kompenzované tepelně vyvolané změny polarizace vykazuje velkou změnu intenzity a b) s kompenzovanou tepelně vyvolanou změnou polarizace vykazuje malou změnu intenzity. 

 

Kontaktní osoba: Martin Divoký