Post komprese energetických laserových impulsů pro generaci vysokých harmonických

Abstract

Ultra krátké pulzy, obvykle trvající desítky nebo stovky femtosekund jsou klíčovým nástrojem pro výzkum elektronové dynamiky. Nicméně některé pokročilé aplikace vyžadují ještě kratší pulzy. Few-cycle pulzy, sestávající se pouze z 2-3 period tomuto vyhovují, avšak mají i další výhody. Jejich hlavní výhoda spočívá v tom, že špičková intenzita je dosažena téměř okamžitě, v průběhu jednoho optického cyklu. Tím umožňují například efektivnější generaci vysokých harmonických, nebo využít takzvaný carrier-envelope offset, čímž je zvýšena míra kontroly na pulzem. Fundamentální překážka nám však brání v generování few-cycle pulzů přímo laserem. Nejkratší možná délka pulzu je dána jeho spektrální šířkou, která je zase převážně určena aktivním médiem laseru. Aby bylo možné toto omezení překonat, je nutné nejdřív rozšířit spektrum. Toho lze dosáhnout zpětně, poté co pulz opustí laser, a to pomocí nelineární interakce s médiem. To je základní idea, na které stojí technika post komprese. V této práci připravujeme experimentální sestavu pro post kompresi s cílem generovat few-cycle pulzy. Návrh experimentu počítá s využitím dvou různých nelineárních jevů pro rozšíření spektra, a sice ionizaci optickým polem a Kerrovým jevem indukovanou automodulaci. Cílem je sestavit zařízení, které bude schopné se vypořádat s extrémně vysokým špičkovým výkonem v řádu terawattů.

Ultra-short pulses, typically with duration in tens or hundreds of femtoseconds, are the key tool for the research of electron dynamics. However, in some cases, even shorter pulses are required. Few-cycle pulses, consisting of only 2-3 periods, satisfy this requirement, however, they have more to offer apart from being extremely short. The main advantage is linked to the fact that the peak intensity is reached almost immediately, over the course of a fraction of an optical cycle. This allows for example to generate HHG more efficiently, or exploit carrier-envelope offset, exerting additional control over the pulse properties. However, a fundamental obstacle prevents us from generating few-cycle pulses from the laser directly. The shortest possible duration of a pulse is given by its bandwidth, which in turn is given mostly by the active medium of the laser. One would first need to broaden the pulse spectrum to overcome this limitation. That can be achieved ex post, after the pulse leaves the laser, via non-linear interaction with a medium. This is the fundamental idea behind the post-compression technique. In this work, we prepare a setup for a post-compression experiment, with the aim to generate few-cycle pulses. The experiment is designed to exploit two different non-linear phenomena for spectral broadening purposes, optical field ionization, and Kerr effect-induced self-phase modulation. The goal is to build a device able to deal with extremely high peak power in the terawatt region.