ہائی پاور، انتہائی بار بار یٹربیم ڈوپڈ الٹرا فاسٹ لیزرز تحقیق اور صنعت میں ایپلی کیشنز کے لیے بہت اہمیت کے حامل ہیں۔ تاہم، اس لیزر سسٹم کی تنگ سپیکٹرل بینڈوڈتھ (10 nm) سپیکٹرم کو وسیع کرنے کے لیے سیلف فیز ماڈیولیشن پر مبنی متعدد پوسٹ کمپریشن تکنیکوں کے ظہور کا باعث بنی ہے۔ ملٹی پاس کیویٹی تکنیکوں کی کمپریشن کی کارکردگی 90 فیصد سے تجاوز کر سکتی ہے، جو یکساں مقامی تقسیم کے ساتھ اعلی توانائی، اعلی اوسط پاور الٹرا شارٹ دالیں پیدا کرتی ہے۔
اس مقالے میں، ہم عددی طور پر ایک ملٹی پاس کیویٹی میں کمپریشن کے عمل کو نقل کرتے ہیں اور یہ بتاتے ہیں کہ کس طرح سسٹم کے پیرامیٹرز کو بہتر بنایا جائے تاکہ وسیع اسپیکٹرم کا مرحلہ ہموار ہو اور صاف کمپریسڈ دالیں حاصل ہوں۔
مصنفین نے ملٹی پاس گہا کے اندر نبض کے پھیلاؤ کو نقل کرنے کے لئے ایک تقسیم شدہ فوئیر عددی طریقہ استعمال کیا۔ تخروپن میں پھیلاؤ، بازی، سیلف فیز ماڈیولیشن، اور سیلف اسٹیپننگ جیسے اثرات کو مدنظر رکھا جاتا ہے، اور ملٹی پاس کیویٹی کے اندر موجود گیس ایک غیر فعال گیس ہے تاکہ رمن اثرات کو نظر انداز کیا جا سکے۔ گہا میں نبض کی شدت کو آئنائزیشن کی حد سے نیچے کنٹرول کیا جاتا ہے، لہذا آئنائزیشن اثر کو بھی نظر انداز کیا جا سکتا ہے۔ اصل ملٹی پاس کیویٹی سسٹم کو چار شرائط کو پورا کرنے کی ضرورت ہے: (1) گہا کے اندر نظری لمبائی نان لکیری لمبائی سے بڑی اور بازی کی لمبائی سے چھوٹی ہے، یعنی < L<; (2) the upper limit of the soliton order is less than 10, i.e., N = √ < 10; (3) avoiding self-focusing, <; and (4) avoiding ionization. Satisfying the above four conditions at the same time, the input pulse center wavelength is 1030 nm, the pulse width is 150 fs, the curvature of the multi-pass cavity lumen is 40 cm, the distance of the cavity lumen is 40 cm, and the pulse goes back and forth within the cavity 20 times. At this time to meet the actual multi-pass cavity needs of the pressure and pulse energy range shown in Figure 1 light blue region.
تصویر 1 ملٹی پاس کیوٹی پیرامیٹر کا علاقہ۔
The spectral characteristics of the output pulse are measured by two parameters, the half-height full width and the spectral cleanliness C. The spectral width of the output pulse is the limit of compression. The spectral width demonstrates the limiting pulse width of the pulse compression, while the spectral cleanliness C characterizes the cleanliness of the compressed pulse (high percentage of main peak energy and low intensity of secondary pulses). At C > 0.9 the compressed pulse has a primary peak energy share of >98 فیصد اور ایک ثانوی پلس کی شدت<0.5%. Figure 2 shows the spectral half-height widths of the multi-pass cavity with different parameters and the spectral cleanliness C. It can be seen from the figure that wide and clean spectra can only be obtained when the pressure and energy satisfy certain conditions.
تصویر 2 انرجی پریشر ڈایاگرام میں نبض کی صفائی۔
تصویر 2 سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ جب نبض کی توانائی 100 μJ اور دباؤ 10 بار ہو تو کمپریشن کے بہتر نتائج حاصل کیے جا سکتے ہیں، اور متعلقہ نقلی نتائج تصویر 3 میں دکھائے گئے ہیں۔ سپیکٹرا کی مقامی یکسانیت کا تجزیہ کیا گیا ہے۔ تصویر 3(a) اور تصویر 3(b) میں، اور یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ x-axis اور y-axis سپیکٹرا بالکل ایک جیسے ہیں اور مقامی یکسانیت اچھی ہے۔ اعداد و شمار 3(c) اور 3(d) نبض کی چوڑائی اور سپیکٹرا کو دکھاتے ہیں، جس سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سپیکٹرا میں نیچے کا ایک بڑا نچلا حصہ اور ایک ہموار پیرابولک مرحلہ ہے، جو 14.2 fs کی تبدیلی کی حد نبض سے مساوی ہے۔
تصویر 3 x-axis (a) اور y-axis (b) پر مقامی سپیکٹرل ڈسٹری بیوشنز کے ساتھ ساتھ نبض کی چوڑائی (c) اور سپیکٹرل (d) کی تقسیم، 100 کی توانائی کے ساتھ نبض کو وسیع کرنے اور کمپریشن کے نتیجے میں 10 بار آرگن سے بھرے MPC میں μJ۔
شکل 4 ملٹی پاس کیویٹی ڈیوائس کے ذریعے نبض کے ہر دور کے سفر کے لیے اسپیکٹرل اور اسپاٹ تغیرات کو تفصیل سے دکھاتا ہے۔ شکل 4(a) 1/سپیکٹرم سپیکٹرل صفائی کے پیرامیٹر میں تبدیلی کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے اور 10 راؤنڈ ٹرپس کے بعد سپیکٹرل نصف اونچائی کی چوڑائی مستقل رہتی ہے، لیکن 1/سپیکٹرم بڑھتا ہے اور سپیکٹرم کی بنیاد زیادہ ہوتی ہے۔ تصویر 4(b) میں پلاٹ ایک بہترین گاوسی کے طور پر حتمی آؤٹ پٹ اسپاٹ کو ظاہر کرتا ہے۔ تصویر 4 (c) اسپاٹ سائز کے ارتقاء کو ظاہر کرتا ہے، جو بعد میں آنے والی دالوں کی سکڑاؤ کو یقینی بنا کر پوری طرح آسانی سے تبدیل ہوتا رہتا ہے۔
تصویر 4 (a) ہر دور کے سفر کے بعد اسپیکٹرل پھیلاؤ کا ارتقاء دکھاتا ہے۔ (b) پھیلاؤ کے اختتام پر مقامی نمونہ دکھاتا ہے۔ اور (c) بغیر گیس (نیلی لائن) اور گیس (ڈاٹس) کے ساتھ پھیلاؤ کے دوران ٹرانسورس بیم کے سائز کا موازنہ دکھاتا ہے۔
اس مقالے میں، عددی تخروپن کے ذریعے یہ ظاہر کیا گیا ہے کہ نبض کو کمپریس کرنے کے لیے ملٹی پاس کیویٹی کا استعمال کرتے ہوئے، نبض کی توانائی اور گیس کے دباؤ کو مشترکہ طور پر بہتر بنا کر ایک وسیع اور صاف ستھرا طیف اور ایک اعلیٰ قسم کی کمپریسڈ پلس حاصل کی جا سکتی ہے۔ ایک عملی ملٹی پاس کیویٹی سسٹم کی بعد میں تعمیر کے لیے ایک گائیڈ فراہم کرے گا۔
