最先端のアト秒光源駆動の厳しい要件を満たす新しいレーザ

October, 20, 2021, Washington--ドイツ､Active Fiber Systems GmbHのSteffen Hädrichは､Optica (formerly OSA) Laser Congressバーチャルウエブコンファランスで新しいレーザを紹介した｡
　研究チームは､ファイバレーザシステムとマルチパスセルにおける最近の進歩を統合して､高い平均パワー,パルスエネルギー､繰り返しレート､安定したキャリアエンベロープ位相(CEP)動作､前例のない数サイクルパルスの組合せを備えたレーザを実現した｡これらの特性により新しいレーザは､ヨーロッパのExtreme Light Infrastructure (ELI)などで次世代アト秒光源の駆動に最適である｡

世界最大にして最も進んだハイパワーレーザインフラストラクチャ､ELIは､最高強度､最短時間スケールで光と物質の相互作用を研究するために利用される｡ELIのAttosecond Light Pulse Sourceのビームラインは､孤立したアト秒パルス生成で前例のないパフォーマンスを示し､非常に要求の厳しいレーザシステム要件を備えている｡

Hädrichは､｢そのような他に存在しないレーザシステムの開発は､二次光源への新たな可能性を開く､例えば､前例のないパラメタを持つ孤立したアト秒パルスの生成である｣とコメントしている｡これらは､次に基本の長さ、時間スケールで電子的プロセスの理解促進を約束するものであり､生物学､化学､物理学､医学における新たな発見に貢献する｣｡

ELIや他の科学アプリケーションの要求を満たすことができるレーザシステムを実現するために研究チームは､ファイバチャープパルス増幅システムを開発した｡これは､8個の増幅器チャネルをコヒレントに統合する｡このシステムは､300-fsパルスを放出する、次に2つのマルチパスセルを使って数サイクルレジームに圧縮される｡最初のマルチパスセルは､標準的な誘電体ミラーを使って35fs以下パルス幅､1.7mJパルスを達成｡第2セルは､メタルベースミラーを使い､パルス幅わずか5.8fsを達成､パルスエネルギーは11mJ､平均パワー110W､繰り返ししレート100kHz｡

レーザの高い平均パワーと速い繰り返しレートを十分に利用するには､安定したCEP動作が必要になる｡研究チームは､全周波数スペクトルでノイズを特性評価できるシングルステレオ-ATI位相計を使い各パルスのCEPを計測することでこれを達成した｡CEP計測は､PIDコントローラに送られ､～400 mrad of CEPノイズを可能にするフィードバックループを作る｡

｢われわれは､最短パルスと最高圧縮平均パワーを実証した｡これらは､100kHzパルス繰り返しレート､10Wの数サイクルMPCsで達成された｡さらなる改善で､間もなく300 mrad以下のCEPノイズも達成する｣(Hädrich)｡

さらに同氏は､｢紹介したレーザシステムはELI-ALPSのHR1レーザの要件を満たしている｡われわれは､このアプローチをHR2パラメタにスケールする過程にあり､500W､5mJ､6fs CEP安定レーザシステムの実証のためにこのコンセプトを実行する｣と付け加えている｡