Spectral broadening for ultrashort focused pulses / SBUF

Rezumat:

Lărgirea spectrală a pulsurilor laser ultrascurte a fost propusă ca o metoda de creștere a puterii de vârf în sisteme laser de clasa PW și a fost intens cercetata în ultimii 10 ani. În timp ce lărgirea spectrală este bine înțeleasă, de exemplu, în fibra optică, modele extinse 2D în spațiu și 1D în timp, necesare pentru a include distorsiuni ale frontului de undă și ale pulsului, pentru fascicule non-gaussiene după lărgirea spectrală încă lipsesc.

Primul obiectiv al proiectului este de a introduce un model pentru descrierea lărgirii spectrale a pulsurilor 2D și de a crea instrumente și metode numerice care i) să prezinte o predicție pentru compoziția spațio-spectrală a fasciculelor de dimensiuni de ordinul centimetrilor după lărgirea spectrală în filme subtiri și ii) care descriu propagarea unor astfel de impulsuri în spațiul liber și, de asemenea, după o oglindă de focalizare, în regiunea confocală.

Punctul de plecare pentru a descrie structura spațio-temporală a impulsurilor cu laser ultrashort lărgite spectral în regiunea confocală este referința [1]. În special, vom extinde metoda de calcul dezvoltată pentru studiile cuplajelor spațio-temporale, incluzând și contribuția neliniară in frontul de unda. Am făcut deja descompunerea fasciculelor gauss care ne permite să realizăm simulări precum propagarea fasciculelor elicoidale. Prin extinderea metodei pentru a include amplitudinea spectrală și modulările de fază, vom putea prezice dimensiunea petei focale și intensitatea realizabilă în focus, esențială de exemplu în studiile de electrodinamica cuantica non-lineara.

Rezultatul final este amplitudinea și faza detaliată a pulsurilor lărgite spectral în întregul volum al acestora, pornind de la profilurile de fascicul măsurate și descrierea temporal-spectrală a pulsului colimat în regiuni accesibile, în afara zonei confocale. Un rezultat imediat ar fi o estimare a iradiantei (intensității) unor astfel de pulsuri lărgite spectral în focar. O altă aplicație avuta în vedere este optimizarea fasciculului pentru a obține cea mai mare iradianta posibilă în regiunea focală.

Al doilea obiectiv major al proiectului este de a demonstra caracterizarea experimentală și analiza efectului de lărgire spectrală în regiunea cofocală pentru pulsuri ultrascurte disponibile la ELI-NP. Vom folosi filme subțiri neliniare calificate și vom măsura distribuția intensității în zona focala, adaptând hardware-ul dezvoltat în proiectul ELI-RO ProPW3/2016 anterior. Măsurătorile pentru caracterizarea spațio-temporală cu dispozitivul INSIGHT, sau similar, pot completa comparația de referință a codului și pot valida modelul dezvoltat în cadrul prezentei propuneri. Câmpul 3D+1D validat în acest mod poate fi utilizat realist pentru calculele de tip PIC ce sunt utilizate pentru modelarea experimentelor ELI-NP la intensități de 1015-1023 W / cm2.

1. A. Talposi and D. Ursescu, "Propagation of Laser Beams by Decomposition into Gaussian Beamlets," CLEO Europe 2019, Munich, Germany, 2019, pp. 1-1, doi: 10.1109/CLEOE-EQEC.2019.8873404.