Ultrakr

1
Ultrakrótkie spojrzenie na przetwarzanie
czestosci swiatla

• czyli dlaczego mozna jednak generowac ultrakrótka
  druga harmoniczna w grubym krysztale

Wojciech Wasilewski
2
Plan

• Generacja drugiej harmonicznej podstawy
• Ultrakrótkie impulsy i ich widmo
• (Nie)dopasowanie fazowe jak je przezwyciezyc?
• Jak przetworzyc szerokie widmo?
• Jak sobie sprawnie z tym radzic?

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
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
w3 w1 w2
k3? k1? k2?
Sprawnosc ?sin(Dk L/2)/Dk2
Dk k3z-k1z-k2z
10
Ultrakrótki impuls
I
t
50fs
20nm_at_800nm
200nm_at_800nm
5fs
11
Impuls w przestrzeni
12
Bardzo cienki krysztal
13
Gruby krysztal spektrum ograniczone
VgrltVgr
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 20fs_at_800nm
14
Polichromatyczne aspiracje
os
Ref - Krasinski
15
Kontrowersje

• Kazda ze skladowych z osobna moze sie
  przetwarzac.
• Ale czy one moga sie mieszac?
• Czy rozdzial na skladowe nie spowoduje
  dramatycznego spadku wydajnosci?

16
Prosty model
Iin Dw
1/L
ISH L2 Iin2
SISH ? const
17
Pomysl na eksperyment
rozszczepianie
skladanie
Dobór materialów
G. Szabó, Z. Bor, Appl. Phys. B 50, 1990
18
Dobór materialów- kat pozadany
BBO
19
Dobór materialów - czerwien
SF4 ponad 350nm
polowa wydajnosci
polowa wydajnosci dla 2mm BBO
20
Dobór materialów - fiolet
Rozbieznosc katowa wiazki monochromatycznej
21
Wiazki!
Plaszczyzny sprzezone
22
Pochylenie?
Pryzmat
30mm
M. Topp, G. C. Orner, Optics Comm. 13 (1975)
23
Przekrecenie?
?
?
Q(l)
Plaszczyzny sprzezone
24
Przekret!
25
A poza ogniskiem?
26
A poza ogniskiem?
Kolejne plaszczyzny z
x
t
27
Czy przekret moze skompensowac róznice?
x
vgr
vgr
z
Danielius et al. Opt. Lett. 21, 973, (1996)
28
Druga harmoniczna z dyspersja katowa

• (zgrubsza) bez straty wydajnosci
• niezwykle szerokie widmo

• Jaka jest dokladnie wydajnosc?
• Jak ja maksymalizowac?

• Przed nami
• Impulsy terawatowe, lt10fs T. Kanai et al.
  Optt. Lett. 28, 16 (2003)
• Demonstracje dzialania metody

29
Calka

• Calkujemy 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
Calkuj, calkuj

• Konkretne k i w
• Sumuj wszystkie pary skladowych
  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)
Majac zadane E0(w) szukamy optymalnej L
w0 dq/dl

• Zeby dostac
• Maksymalna sprawnosc
• Jak najszersze widmo

31
Zadasz wiecej niz zarówki zachowaj faze

• Jesli czerwony impuls jest fourierowsko
  ograniczony w polowie krysztalu
• Sprawnosc jest maksymalna
• Niebieski impuls tez jest fourierowsko
  ograniczony w polowie krysztalu

polowa krysztalu
koniec
poczatek
32
Calka
ESH(k?,w) L ?dw1 dk1 E0(w1,k1?)
E0(w-w1,k?-k1?) sinc(Dk L)
Amplitudy w fazie
Amplitudy zespolone
33
Wydajnosc maksymalna
maksymalna wydajnosc
-20
x5
z zadaniem maksymalnego widma
BBO 10fs
dobór materialów
a.u.
w0 dq/dl
34
Wydajnosc funkcjonalna
BBO 1mm 10fs
a.u.
e
e
Dyspersja katowa dq/dl e
35
O co chodzi? Mieszaja sie?
n?const
warunek na Wdq/dl
36
Znowu przekret?
Obszar istotnego natezenia
x
z
37
Przekrety ilosciowo
BBO
e
5
4
m
3
m
W
t fs/
a
k
e
2
W
1
0
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
l
m

m
38
Podsumowanie

• Mozna wydajnie przetwarzac impulsy 5 fs
• Mozna uzywac bardzo grubych krysztalów (ponad
  5mm)
• Chociaz optymalnie jest uzyc okolo 1mm
• Dodatkowy kat pochylenia W kompensujacy
  dyfrakcje dyspersja

Eksperyment
39
Podziekowania

• Prof. Czeslaw Radzewicz
• Zespól Laboratorium Procesów Ultraszybkich
• Dr hab. Marek Trippenbach