最近、中国科学院（CAS）、上海光学精密機械研究所（SIPM）、強磁場レーザー物理学国家重点研究所の研究チームが、高周波フェムト秒の指向安定性を大幅に改善する方法を提案した。高周波フェムト秒レーザーガスフィラメント化のボトルネックに対処するために、フィラメントとスーパーコンティニューム（SC）白色光源を組み合わせ、空気フィラメント誘起スーパーコンティニューム白色光レーザー生成における強度とビームポインティングジッターを効果的に抑制しました。 この結果は、「空気中の電場支援フェムト秒レーザーフィラメントによる1kHzでの安定した強力なスーパーコンティニューム光の生成」と題された論文で発表されている。 「結果は『Light: Science & Applications』に掲載されました。
可視波長帯域をカバーするスーパーコンティニューム レーザーは、そのスペクトル幅が非常に広く、コヒーレンスが優れているため、「白色光レーザー」と呼ばれています。 これは、生物医学イメージング、分子指紋分光法、光コヒーレンストモグラフィー、調整可能な超高速パルス生成、フェムト秒パルス圧縮、およびその他のアプリケーションで広く使用されています。 白色光レーザーは通常、固体材料またはフォトニック結晶ファイバー、中空ファイバーなどから生成されます。短パルスレーザーのガスフィラメント化がレーザービーム生成の基礎となります。 短パルスレーザーのガスフィラメンテーションは、白色光レーザー生成への材料損傷のない経路を提供しますが、パルスの蓄積によって引き起こされるポインティングジッターにより、高周波数での用途が制限されます。 固体材料の損傷閾値によって制限されたり、ガス中の自己ジッター問題の影響を受けたりするため、高エネルギー、高周波の白色光レーザー光源の安定した伝送を得ることが困難であり、また、世界における緊急の国際問題でもあります。スーパーコンティニューム光源の生成とその応用分野。
図 1 (a) (b) 実験装置の概略図。 (c) (d) 光フィラメントおよび光フィラメント誘起コロナにおける負荷のない DC 高電圧電界と負荷された DC 高電圧電界のトゥルーカラー画像。 (e) (f) 対応する前方光スポット。
この研究では、研究者らは高周波フェムト秒レーザーを利用して空気中でフィラメントを形成することで大エネルギーのスーパーコンティニューム白色光源を生成し、そのフィラメントに外部高電圧直流電場を革新的に負荷することで、次の問題を解決しました。外部電場によるプラズマ複合化を抑制し寿命を延ばす原理に基づき、次のレーザーパルス時のプラズマ複合化による熱の蓄積を低減し、フィラメント根元の熱誘起ジッターを低減することに成功しました。フィラメントの熱拡散による熱拡散を抑制し、フィラメントの熱拡散による熱拡散を低減することに成功した。 これにより、熱拡散による気流の乱れを軽減することに成功しました。 さらに、安定したイオン風によって生成される光フィラメント誘起コロナ放電も、光フィラメントの自己乱気流を効果的に克服することができ、実験結果は、高周波（1 kHz）光の外部電場の作用下で、フィラメントと前方スーパーコンティニューム白色光の空間指向安定性は少なくとも2倍改善でき、同時に白色レーザー光のスペクトル強度の安定性も大幅に改善されました。研究者らは1kHz/6.54mJフェムト秒を使用しています。研究者らは、空気中で 1 kHz/6.54 mJ のフェムト秒レーザー パルスを使用して、3.55 mJ の安定したスーパーコンティニューム スペクトルの白色光源を取得することに成功しました。 この成果は、高周波フェムト秒レーザーガスフィラメントの指向性と強度ジッターという国際問題を効果的に解決し、空気中で高周波、安定した大エネルギーのスーパーコンティニューム白色光源を生成する道を開くだけでなく、その利用範囲を拡大するものである。二次放射線源、イメージング、高周波フィラメントに基づく材料の微細加工などの他のアプリケーションに新たな機会をもたらします。
SIPM は、空気中で安定した高エネルギーの白色光レーザーを生成する点で大きな進歩を遂げました。
図 2 (a) 印加高電圧の関数としての、1 kHz での順方向スーパーコンティニューム スペクトル白色光レーザーとフィラメント指向角 (SDEV) の標準偏差。 (b) 異なるレーザー繰り返し速度での前方 SC 光 (b) とフィラメント (c) の散乱角 SDEV。(d) 負荷された高電圧の関数としてフィラメントに印加される有効電場の変化。
図 3 (a) 外部 DC 高電圧あり (FIL + 55 kV) となし (FIL) の順方向スーパーコンティニューム スペクトル白色光スペクトルの比較。フィラメントなし (noFIL) の初期レーザー スペクトルを参照として使用します。 (b) さまざまな印加高電圧におけるスーパーコンティニューム スペクトルの強度の信号対雑音比 (1 kHz)。 (c) ポンプ レーザー エネルギーの関数としてのスーパーコンティニューム スペクトル白色光レーザー エネルギー (集束レンズの焦点距離は 1 m)。
