Ultrakrótkie spojrzenie na przetwarzanie częstości światła

Prezentacja na temat: "Ultrakrótkie spojrzenie na przetwarzanie częstości światła"— Zapis prezentacji:

1 Ultrakrótkie spojrzenie na przetwarzanie częstości światła
czyli dlaczego można jednak generować ultrakrótką drugą harmoniczną w grubym krysztale Wojciech Wasilewski

2 Plan Generacja drugiej harmonicznej: podstawy
Ultrakrótkie impulsy i ich widmo (Nie)dopasowanie fazowe: jak je przezwyciężyć? Jak przetworzyć szerokie widmo? Jak sobie sprawnie z tym radzić?

3 Podstawy SH P = ce0E + c(2)EE+… ISH ~ IF2

4 Niedopasowanie Wektorów falowych - n≠const

5 dopasowanie Nie Wektorów falowych - n≠const E ~L I ~ L2

6 Elipsoidy x z q

7 Niedopasowanie Wektorów falowych - n≠const

8 Pierwsza druga harmoniczna
? ‘ruby optical maser’, 3 J, 1 ms kwarc krystaliczny ‘unambiguous indication of the second harmonic’ P. A. Franken et al., Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961)

9 Przypadek ogólny k1, w1 k3, w3 w3 =w1+ w2 k3 =k1+ k2 k2, w2
Sprawność [sin(Dk L/2)/Dk]2 Dk = k3z-k1z-k2z L

10 Ultrakrótki impuls I I w w0 t 50fs 5fs

11 Impuls w przestrzeni w0 kx ky 1/w0

12 Bardzo cienki kryształ

13 Gruby kryształ – spektrum ograniczone
Vgr<Vgr l [mm] I I -300 100 t [fs] W. Wasilewski, P. Wasylczyk, C. Radzewicz Femtosecond laser pulses measured with a photodiode - FROG revisited Appl. Phys. B, w druku BBO, 1.2mm

14 Polichromatyczne aspiracje
Dyspersja kątowa oś Ref - Krasiński

15 Kontrowersje Każda ze składowych z osobna może się przetwarzać.
Ale czy one mogą się mieszać? Czy rozdział na składowe nie spowoduje dramatycznego spadku wydajności?

16 Prosty model I w Iin ~ Dw ~ 1/L ISH ~ L2 Iin2 SISH  const

17 Pomysł na eksperyment M dq/dl dq/dl rozszczepianie składanie Q(l)
Dobór materiałów G. Szabó, Z. Bor, Appl. Phys. B 50, 1990

18 Dobór materiałów- kąt pożądany
BBO

19 Dobór materiałów - czerwień
SF4 – ponad 350nm połowa wydajności połowa wydajności dla 2mm BBO

20 Dobór materiałów - fiolet
Rozbieżność kątowa wiązki monochromatycznej

21 Wiązki! w0/M w0 Płaszczyzny sprzężone

22 Pochylenie? Pryzmat 30mm obwiednia faza
M. Topp, G. C. Orner, Optics Comm. 13 (1975)

23 Przekręcenie? ? ? Q(l) Płaszczyzny sprzężone

24 Przekręt! E t

25 A poza ogniskiem?

26 A poza ogniskiem? Kolejne płaszczyzny z x t

27 Czy przekręt może skompensować różnice?
x vgr vgr e z Danielius et al. Opt. Lett. 21, 973, (1996)

28 Druga harmoniczna z dyspersją kątową
(zgrubsza) bez straty wydajności niezwykle szerokie widmo Jaka jest dokładnie wydajność? Jak ją maksymalizować? Przed nami: Impulsy terawatowe, <10fs: T. Kanai et al. Optt. Lett. 28, 16 (2003) Demonstracje działania metody

29 Całkujemy równania propagacji
Całka Całkujemy równania propagacji zEF = iLF EF + ESHEF* zESH = iLSH ESH + EF2 Dostajemy: EF(z)=EF exp(i kz) ESH(k,w) ~ L dw1 dk1 E0(w1,k1) E0(w-w1,k-k1) sinc(Dk L)

30 Mając zadane E0(w) szukamy optymalnej:
Całkuj, całkuj Konkretne k i w: Sumuj wszystkie pary składowych spektralno-czasowych, których zmieszanie prowadzi do ich powstania ESH(k,w) ~ L dw1 dk1 E0(w1,k1) E0(w-w1,k-k1) sinc(Dk L) Mając zadane E0(w) szukamy optymalnej: L w0 dq/dl Żeby dostać: Maksymalną sprawność Jak najszersze widmo

31 Żądasz więcej niż żarówki – zachowaj fazę
Jeśli czerwony impuls jest fourierowsko ograniczony w połowie kryształu Sprawność jest maksymalna Niebieski impuls też jest fourierowsko ograniczony w połowie kryształu t I początek połowa kryształu koniec

32 Całka ESH(k,w) ~ L dw1 dk1 E0(w1,k1) E0(w-w1,k-k1) sinc(Dk L)
W połowie kryształu funkcja rzeczywista często dodatnia Amplitudy w fazie Amplitudy zespolone

33 Wydajność maksymalna maksymalna wydajność x5 -20% BBO 10fs
z żądaniem maksymalnego widma dobór materiałów [a.u.] w0 dq/dl

34 Wydajność funkcjonalna
? W BBO 1mm 10fs [a.u.] e e Dyspersja kątowa dq/dl [e]

35 O co chodzi? Mieszają się?
n≠const Suma rzutów = const warunek na W=dq/dl

36 Obszar istotnego natężenia
Znowu przekręt? W Obszar istotnego natężenia x dyfrakcja dyspersja Df = p z

37 Przekręty ilościowo BBO e m W e W l m m] t [fs/ ą k [ m] 5 4 3 2 1 0.6
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 l [ m m]

38 Podsumowanie Można wydajnie przetwarzać impulsy 5 fs
Można używać bardzo grubych kryształów (ponad 5mm) Chociaż optymalnie jest użyć około 1mm Dodatkowy kąt pochylenia W – kompensujący dyfrakcję dyspersją Eksperyment

39 Podziękowania Prof. Czesław Radzewicz
Zespół Laboratorium Procesów Ultraszybkich Dr hab. Marek Trippenbach