Pulse energy optimization in multipass-cavity mode-locked femtosecond lasers

Abstract

Bu tez çalışmasında, çok yansımalı kovuk (MPC) içeren, kip kilitli laserlerde ortaya çıkan tüm kayıplar hesaba katılarak, en yüksek darbe enerjisini sağlayan MPC konfigürasyonu belirlenmiştir. MPC kullanımı, laser kovuk boyunu artırarak, darbe tekrar hızının düşmesini ve daha yüksek darbe enerjilerinin elde edilmesini sağlar. Bu sistemlerin darbe enerjisi, MPC aynalarının yüzeylerinde meydana gelen yansıma kayıpları, ışınların MPC aynalarındaki yarıklardan geçerken kesilmesi ve kovuk içerisinde ışın demetlerinin ayna yüzeylerinden taşması sonucu meydana gelen kayıplardan da etkilenmektedir. Genel MPC tasarımında, yansıma kayıpları hariç diğer kayıpların sıfır olduğu varsayılır. Bu çalışmada, gerçek bir MPC laserinde karşılaşılan tüm kayıplar hesaba katılmış ve en yüksek enerjiyi verebilen konfigürasyon belirlenmiştir. Deneysel olarak kurulan optimum konfigurasyon düzeneğinden elde edilen sonuçlar, simulasyon sonuçlarının doğru olduğu göstermiştir. Standart konfigurasyonda elde edilen darbe enerjisi 14.8nJ iken, optimum konfigurasyon düzeneğinde en yüksek 32.7nJ darbe enerjisi elde edilmiştir. Bu optimizasyon neticesinde darbe enerjisi %101 oranında yükselmiştir.

We performed a general analysis of all loss mechanisms to determine the design parameters of a Multipass-Cavity (MPC) mode-locked femtosecond Ti: Sapphire laser having the maximum output pulse energy. Advantage of the MPC design is that it allows the generation of higher output pulse energies by increasing the cavity length and consequently reducing the repetition rate. The idea of the present work is to take into account the beam clipping losses at the notches and surface of the MPC mirrors as well as the well-known reflection losses. Since losses increase with number of bounces, an optimum exists where the output pulse energy is maximized. Implementing this idea in simulations in principle can give an optimum MPC configuration with much higher pulse energy. Experimental implementation of the optimum configuration confirmed the simulation results completely. In the standard MPC configuration, maximum measured pulse energy was around 14.8nJ. In the optimum configuration, we measured 32.7nJ of pulse energy. This corresponds to an increase in the pulse energy of about 101%.