CC BY
21ВКВ0-2019 Стендовые
ГЕНЕРАЦИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИДЕНТИЧНЫХ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ С КОНТРОЛИРУЕМОЙ ФАЗОЙ НЕСУЩЕЙ ОТНОСИТЕЛЬНО ОГИБАЮЩЕЙ
Дмитриев А.К.1' 2*, Головин Н.Н.1, Горохов Е.А.1, Бычев Ю.П.1' 3, Нюшков Б.Н.1' 2' 4,
Толстиков А. С.1' 3, Гусар Д.Ф.3
1 Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск 2 Институт лазерной физики СО РАН, г. Новосибирск 3 Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт
метрологии, г. Новосибирск
4 Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, г. Новосибирск
* E-mail: alexander_dmitriev@ngs. ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16215
Поскольку при коротких импульсах, когда длительность импульса одного порядка с длиной волны, сдвиг фазы между огибающей и несущей существенно влияет на эффективность преобразования частоты в нелинейных оптических процессах, что чрезвычайно важно для получения аттосекундных импульсов [1-3]. Кроме того, отсутствие сдвига гребенки фемтосекундного лазера упрощает процесс измерения частот, поскольку при этом необходимо определять только частоту повторения импульсов. В работах [4, 5] описывались системы стабилизации сдвига фазы несущей относительно огибающей (carrier-envelope phase, CEP).
Ранее нами были теоретически описаны условия получения последовательности идентичных фемтосекундных импульсов с помощью модулятора интенсивности [6]. Необходимо соблюдение двух условий:
Фk =2nq и k /q=f/A.
Здесь Ф - разность фаз между огибающей и несущей между ^+к)-ым и i-ым импульсами, f - частота повторения импульсов лазерного излучения, А - частота сдвига частотной гребенки, k и q - целые числа.
Таким образом, при выделении из излучения фемтосекундного лазера каждого k-ого импульса при соблюдении вышеуказанных условий получается периодическая последовательность идентичных импульсов на частоте повторения F=fk.
Функциональная схема формирователя излучения без сдвига частотной гребенки представлена рис. 1. Принцип работы схемы подробно описан также в [6].
Рис. 1. Функциональная схема формирователя излучения с управляемой CEP: 1 - фемтосекундный лазер;
2 - стандарт частоты; 3 - синтезатор опорной частоты повторения импульсов фемтосекундного лазера
f; 4 - синтезатор опорной частоты сдвига гребенки А; 5 - синтезатор опорной частоты повторения синтезированной последовательности импульсов F; 6, 7 - делительные зеркала; 8 - f-2f интерферометр;
9 - блок фазовой привязки сдвига частотной гребенки излучения фемтосекундного лазера; 10 - фотодетектор; 11 - блок фазовой привязки частоты повторения импульсов фемтосекундного лазера; 12 - фазовращатель; 13 - формирователь импульсов и 14 - модулятор интенсивности
Эксперименты проводились на модифицированном волоконном фемтосекундном лазере MenloSystems FC1500-250WG с частотой следования импульсов f = 250 МГц и частотой смещения А=50 МГц. Частота следования импульсов была привязана к частоте 10 МГц прецизионного
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 409
ВКВО-2019- Стендовые
генератора Stanford SG384 с внутренним стандартом частоты. Этот генератор также задавал смещение гребенки А. и частоту повторения импульсов F синтезированной последовательности импульсов. Синтезатор эталонной частоты повторения синтезированной последовательности импульсов и фазовращатель были объединены в цифровом генераторе сигналов, который также был привязан к стандарту частоты. Сигнал на частоте F поступил на генератор импульсов, управляющий модулятором интенсивности, на выходе которого была синтезирована последовательность идентичных фемтосекундных импульсов с частотой повторения F. Фазовращатель позволил выделить последовательность импульсов с заранее определенной разностью фаз между несущей и огибающей. В нашем эксперименте k=f/F = 5, что позволило нам синтезировать пять разных последовательностей с CEP, отличающимися друг от друга на 72 градуса. На рисунке 2 показаны эти последовательности, записанные на цифровом осциллографе с частотой 1 ГГц. Разрешение было ограничено полосой пропускания фотоприемника.
Модулятор выделяет каждый пятый импульс из исходной последовательности фемтосекундных импульсов. Наличие низкоамплитудных (не более 10% от амплитуды основных импульсов) «промежуточных» импульсов объясняется видом временной характеристики формирователя импульсов, управляющего модулятором, и частотной характеристикой фотоприемника.
Таким образом, в данной работе продемонстрирована возможность получения последовательности идентичных импульсов фемтосекундного лазера с управляемой разностью фаз между огибающей и несущей. Из всех возможных последовательностей импульсов сдвиг фазы несущей относительно огибающей ф можно было устанавливать с дискретностью 2л/5. Дискретность установки фазы несущей относительно огибающей можно уменьшить за счет увеличения к.
ф0+4п/5
фо+6л/5
rvw
10 20 v JO 40
sa ёо
,+8л/5
К
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Министерства науки и высшего образования РФ в рамках базовой части государственного задания №3.6835.2017/8.9 и гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 18-02-00316.
Литература
1. Bohan A.D., et al, Sc. Phys. Rev.Lett. 81, p.1837 (1998)
2. Ivanov M., et al, Phys. Rev. Lett. 74, p.2933 (1995)
3. Christov I.P., Murnane M.M., Kapteyn H.C., Phys. Rev. Lett. 78, 1251 (1997)
4. David J. Jones, et al, Science 288, p.635 (2000)
5. Andrius Baltu 'ska, et al, J. Lightwave Technology 9p.972(2003)
6. Головин Н.Н. и др., Оптика и спектроскопия 127 449-452 (2019)
ф0+2п
Рис. 2. Синтезированные последовательности фемтосекундных импульсов
410
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
