Attoszekundumos impulzuskeltés makroszkopikus optimalizációja

Az előadások a következő témára: "Attoszekundumos impulzuskeltés makroszkopikus optimalizációja"— Előadás másolata:

1 Attoszekundumos impulzuskeltés makroszkopikus optimalizációja
Major Balázs1,2, Kőrös Pál Csaba1, Valer Tosa2,3, Varjú Katalin1,2 1 Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék, Szegedi Tudományegyetem 2 ELI-HU Non-profit Kft. 3 Nat Inst for R& D of Isotopic and Molecular Techn, Kolozsvár Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged

2 Gáz magas harmonikus keltés
GHHG Gáz magas harmonikus keltés Ferray: J. Phys. B, 21, L31 (1988) 10-5…-7 attoszekundumos XUV impulzusok Nagy, de nem „túl nagy” intenzitás (1014 W/cm2 – 1015 W/cm2) a közeg kimerülése a lézer impulzus torzulása fázisillesztés

3 Gáz magas harmonikus keltés
GHHG Gáz magas harmonikus keltés Elemi folyamat: Makroszkópikus szempontok Cél: a növekvő lézer teljesítmény OKOS felhasználása Ekin Ekin+Ip Schafer: PRL, 70, 1599 (1993) Corkum: PRL, 71, 1994 (1993) pl. kölcsönhatási térfogat növelése

4 Kísérleti munka ELI ALPS PW lézer

5 E. Priori et al., Phys. Rev. A 61, 063801 (2000)
„Numerikus kísérlet” nem-adiabatikus 3D HHG modell 1. Lézer impulzus terjedése gáz közegben mozgó vonatkoztatási rendszer, paraxiális közelítés, henger szimmetrikus eset, véges különbség módszer semleges Kerr-tag plazma-diszeprzió 2. Lézer-atom kölcsönhatás, erős tér közelítésben (SFA) Lewenstein et al., PRA 49, 2117 (1994) 3. Elemi harmonikus komponensek szuperpozíciója, terjedése E. Priori et al., Phys. Rev. A 61, (2000) V. Tosa et al., Phys. Rev. A 71, (2005)

6 A modell kísérleti igazolása
Kísérlet: Lund 10 Hz-es labor (35 fs, 67 mJ, 800 nm, 30-mm átmérő; fókuszálás: 8,7 m, céltárgy: 6 cm, Ar gáz a fókusz előtt 55 cm-rel). Optimalizálás: a nyaláb apertúrázásával Harmonikus spektrum Harmonikus jel erőssége

7 nemlineáris optikai folyamatokra
Skálázási törvények nemlineáris optikai folyamatokra Változatlan elrendezésben a lézer energiájának növelése a makroszkopikus hatások miatt nem jár a harmonikus jel növekedésével. Egy optimalizált (fázisillesztett) elrendezés felskálázható, és a résztvevő atomok számának növelése miatt felskálázott harmonikus jelet eredményez. Ein 2Ein 2Eout Eout Heyl, et al., Optica 3, 75 (2016)

8 nemlineáris optikai folyamatokra
Skálázási törvények nemlineáris optikai folyamatokra Heyl, et al., Optica 3, 75 (2016) The above illustration is for a fixed beam diameter! This is why f is scaled with eta and eta squared! f/D Gauss nyaláb:

9 Skálázási törvények igazolása
impulzus kompresszió filamentben HHG =10 fs, in=62.5 J, p=256 mbar, W0=10.6

10 P. Rudawski et al., Rev. Sci. Instr. 84, 073103 (2013)
Hosszú fókuszálás Alacsony ionizáció Elhanyagoljuk a lézer impulzus torzulását fázisillesztés hangolása: f, p, ionizációs ráta semleges atomok diszperziója plazma diszperzió Gouy fázisugrás atomi fázis ∆ 𝑘 𝑛𝑞 =𝑞 𝜔 1 ∙ 𝑛 𝑞 −1 /𝑐 ∆ 𝑘 𝑛1 =𝑞 𝜔 1 ∙ 𝑛 1 −1 /𝑐 ∆ 𝑘 𝑝 =𝑞 𝜔 1 ∙ 𝑛 𝑝 −1 /𝑐 ∆ 𝑘 𝐺 =𝑞∙𝛻 𝜑 𝐺 ELI, SYLOS lézer:  90 m ∆ 𝑘 𝑎 =−𝛼 𝛻𝐼 P. Rudawski et al., Rev. Sci. Instr. 84, (2013)

11 Hosszú fókuszálás Multi-parameter scan 1920 eset
E = 2, 4, 20, 40, (200) mJ cella pozíció = -3, -4.5, -6, -7.5 m p [mbar] = , , 0.025, 0.125, 0.25, 1.25 1920 eset fókusztávolság= 55 m D= 30, 45, 60, 75 mm Cella hossza = 1.2, 2.4, 3.6, 4.8, 6 m

12 Optimális elrendezés E = 40mJ, p= 1.25mbar,
cella pozíció =-3.0m r = 45mm geom fókusz 1,2 m 2,4 m 3,6 m 4,8 m 6 m

13 Keltési geometriák összehasonlítása ELI, SYLOS lézer, GHHG
Két eset, azonos bemenő nyalábprofillal A. Hosszú fókuszálás f = 40 m L = 32 cm p = 0.2 Torr z = 0 cm ELI-ALPS beamline B. Fókuszon kívüli target f = 16 m L = 5 cm p = 5 Torr z = cm ELI-ALPS beamline + Apertúrázás

14 Keltési geometriák összehasonlítása a gázbeli terjedés hatása
„Alacsony” intenzitás „Magas” intenzitás hosszú fókusz hosszú fókusz fókusz előtti target fókusz előtti target

15 Nagy intenzitású / ionizációjú eset „Working intensity”
Egy küszöb intenzitás felett a közeg leszabályozza az intenzitást (nyaláb-vezetés) Ar, 27 fs Ne, 5 fs laser prop. laser prop. Ar, 27 fs Ar, 27 fs *Shiner et al., J. Mod. Opt. 60, 1458 (2013)

16 „Working intensity” hatékony harmonikus tér felépülés
Lézer tér Harmonikus tér laser prop. laser prop.

17 „Compact” rendszer Multiparameter scan 351 eset
Pozíció = 0, 10, 25, 35, 50, 60, 75, 85, 100, 125, 150, 200, 300 mm Apertúra átmérő = 20, 30, 40, 50, 60, 80, 120, 180, 300 mm l = 865 nm, t = 10 fs, IFWHM = 60 mm, 40 mJ fókusztávolság: 10 m Gáznyomás [bar]: 0.5, 1.0, 2.0 közeg hossza (jet): 0.5 mm 351 eset

18 Optimális elrendezés p = 1.0 bar, cella pozíció= -85 mm, apertúra = 120 mm

19 GHHG nyalábvonalak SY LOS HF PW GHHG SYLOS dev. GHHG SYLOS user
GHHG HR dev. HR GHHG HR user

20 Alternatív „okos” megoldás Két-színű magas harmonikus keltés
NIR photon energy (eV) time delay (fs) Two-color MIR B. Schütte, et al. Opt. Expr. 23, (2015)

21 Köszönöm a figyelmüket!