Том 39, номер 04, статья № 8

Аннотация:

Источники коротковолнового излучения, генерируемого при взаимодействии высокоинтенсивного излучения с веществом, востребованы для экспериментальных исследований в области физики, химии и биологии. Для воспроизводимости параметров генерируемых коротковолновых импульсов необходимо использовать фемтосекундные импульсы со стабилизацией фазы несущей частоты (CEP – Carrier-Envelope Phase) относительно огибающей импульса. Работа посвящена исследованию влияния амплитудных шумов огибающей импульса на ошибку определения СЕР. Для системы стабилизации СЕР, основанной на f-2f-интерферометре с разрешением спектральной интерференционной картины, показано, что с увеличением шумов исходного импульса ошибка определения CEP из излучения суперконтинуума возрастает и достигает порядка 100 мрад при уровне шумов огибающей 1%. При генерации суперконтинуума увеличение пиковой мощности излучения усиливает влияние шумов на ошибку определения СЕР. Полученные результаты могут быть использованы для разработки и оптимизации систем измерения фазы несущей частоты относительно огибающей фемтосекундных импульсов с частотой следования килогерцового диапазона.

Ключевые слова:

суперконтинуум, стабилизация СЕР, f-2f-интерферометр, фемтосекундные импульсы

Список литературы:

1. Li J., Lu J., Chew A., Han S., Wang H., Ghimire S., Chang Z. Attosecond science based on high harmonic generation from gases and solids // Nat. Commun. 2020. V. 11, N 2748. P. 1–13. DOI: 10.1038/s41467-020-16480-6.
2. Kiriyama H., Pirozhkov A.S., Nishiuchi M., Fukuda Y., Ogura K., Sagisaka A., Miyasaka Y., Sakaki H., Dover N.P., Kondo K., Lowe H.F., Kon A., Koga J.K., Esirkepov T.Zh., Nakanii N., Huang K., Kando M., Kondo K. Status and progress of the J-KAREN-P high intensity laser system at QST // High Energy Dens. Phys. 2020. V. 36. P. 100771. DOI: 10.1016/j.hedp. 2020.100771.
3. Chvykov V., Chi H., Wang Y., Dehne K., Berrill M., Rocca J.J. Demonstration of a side-pumped cross-seeded thin-slab pre-amplifier for high-power Ti:Sa laser systems // Opt. Lett. 2022. V. 47. P. 3463–3466. DOI: 10.1364/OL.460743.
4. Kuptsova A.O., Kuptsov G.V., Petrov V.A., Atuchin V.V., Petrov V.V. Laser scanning method for time-resolved measurements of wavefront distortion introduced by active elements in high-power laser amplifiers // Photonics. 2024. V. 11, N 8. P. 748. DOI: 10.3390 /photonics11080748.
5. Ma T., Mariscal D., Anirudh R., Bremer T., Djordjevic B.Z., Galvin T., Grace E., Herriot S., Jacobs S., Kailkhura B., Hollinger R., Kim J., Liu S., Ludwig J., Neely D., Rocca J.J., Scott G.G., Simpson R.A., Spears B.S., Spinka T.S., Swanson K., Thiagarajan J.J., Van Essen B., Wang S., Wilks S.C., Williams G.J., Zhang J., Herrmann M.C., Haefner C. Accelerating the rate of discovery: Toward high-repetition-rate HED science // Plasma Phys. Control. Fusion. 2021. V. 63. P. 104003. DOI: 10.1088/1361-6587/ac1f67.
6. Furch F.J., Witting T., Osolodkov M., Schell F., Schulz C.P., Vrakking M.J.J. High power, high repetition rate laser-based sources for attosecond science // J. Phys. Photonics. 2022. V. 4. P. 032001. DOI: 10.1088/2515-7647/ac74fb.
7. Goulielmakis E., Brabec T. High harmonic generation in condensed matter // Nat. Photon. 2022. V. 16. P. 411–421. DOI: 10.1038/s41566-022-00988-y.
8. Thiré N., Chatterjee G., Pertot Y., Albert O., Karras G., Zhang Y., Wyatt A.S., Towrie M., Springate E., Greetham G.M., Forget N. A versatile high-average-power ultrafast infrared driver tailored for high-harmonic generation and vibrational spectroscopy // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 18874. DOI: 10.1038/s41598-023-46325-3.
9. Canella F., Weitenberg J., Thariq M., Schmid F., Dwivedi P., Galzerano G., Hänsch T.W., Udem T., Ozawa A. Low-repetition-rate optical frequency comb // Optica. 2024. V. 11, N 1. P. 1–9. DOI: 10.1364/OPTICA.506353.
10. Liao R., Tian H., Feng T., Song Y., Hu M., Steinmeyer G. Active f-to-2f interferometer for record-low jitter carrier-envelope phase locking // Opt. Lett. 2019. V. 44, N 5. P. 1060–1063. DOI: 10.1364/OL.44. 001060.
11. Natile M., Guichard F., Zaouter Y., Hanna M., Georges P. Simple carrier-envelope phase control and stabilization scheme for difference frequency generation-based systems // Opt. Express. 2021. V. 29, N 11. P. 16261–16269. DOI: 10.1364/OE.424141.
12. Schilt S., Südmeyer T. Carrier-envelope offset stabilized ultrafast diode-pumped solid-state lasers // Appl. Sci. 2015. V. 5. P. 787–816. DOI: 10.3390/app5040787.
13. Kakehata M., Takada H., Kobayashi Y., Torizuka K., Fujihira Y., Homma T., Takahashi H. Single-shot measurement of carrier-envelope phase changes by spectral interferometry // Opt. Lett. 2001. V. 26, N 18. P. 1436–1438. DOI: 10.1364/OL.26.001436.
14. Maingot B., Chériaux G., Forget N., Jullien A. Spectral coherence properties of continuum generation in bulk crystals // Opt. Express. 2022. V. 30, N 12. P. 20311–20320. DOI: 10.1364/OE.459123.
15. Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications / J. Ye, S.T. Cundiff (eds.). Boston: Springer, 2005. 361 p.
16. Couairon A., Brambilla E., Corti T., Majus D., Ramı́rez-Góngora O. de J., Kolesik M. Practitioner’s guide to laser pulse propagation models and simulation // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2011. V. 199. P. 5–76. DOI: 10.1140/epjst/e2011-01503-3.
17. Frosz M.H. Validation of input-noise model for simulations of supercontinuum generation and rogue waves // Opt. Express. 2010. V. 18, N 14. P. 14778–14787. DOI 10.1364/OE.18.014778
18. Major A., Yoshino F., Nikolakakos I., Aitchison J.S., Smith P.W.E. Dispersion of the nonlinear refractive index in sapphire // Opt. Lett. 2004. V. 29, N 6. P. 602–604. DOI: 10.1364/ol.29.000602.
19. Hollenbeck D., Cantrell C.D. Multiple-vibrational-mode model for fiber-optic Raman gain spectrum and response function // J. Opt. Soc. Am. B. 2002. V. 19, N 12. P. 2886–2892. DOI: 10.1364/JOSAB.19.002886.
20. Kim J.H., Chen M.-K., Yang C.-E., Lee J., Shi K., Liu Z., Yin S., Reichard K., Ruffin P., Edwards E., Brantley C., Luo C. Broadband supercontinuum generation covering UV to mid-IR region by using three pumping sources in single crystal sapphire fiber // Opt. Express. 2008. V. 16, N 19. P. 14792–14800. DOI: 10.1364/oe.16.014792.
21. Kadleı́ková M., Breza J., Veselý M. Raman spectra of synthetic sapphire // Microelectron. J. 2001. V. 32. P. 955–958. DOI: 10.1016/S0026-2692(01)00087-8.
22. Thapa J., Liu B., Woodruff S.D., Chorpening B.T., Buric M.P. Raman scattering in single-crystal sapphire at elevated temperatures // Appl. Opt. 2017. V. 56, N 31. P. 8598–8606. DOI: 10.1364/AO.56.008598.
23. Völkel A., Nimmesgern L., Mielnik-Pyszczorski A., Wirth T., Herink G. Intracavity Raman scattering couples soliton molecules with terahertz phonons // Nat. Commun. 2022. V. 13, A.n. 2066. DOI: 10.1038/s41467-022-29649-y.
24. Balac S., Fernandez A., Mah F., Mehats F., Texier-Picard R. The interaction picture method for solving the generalized nonlinear Schrodinger equation in optics // ESAIM: M2AN. 2016. V. 50, N 4. P. 945–964. DOI: 10.1051/m2an/2015060.
25. Kirpichnikov A.V., Petrov V.V., Kuptsov G.V., Laptev A.V., Petrov V.A., Pestryakov E.V., Trunov V.I. Upgrading of kilohertz solid-state laser system with stabilization CEO for nonlinear interaction of radiation with optical medium experiments // Proc. SPIE. 2018. V. 10614. P. 106140U. DOI: 10.1117/12.2303499.