Волоконные лазерные системы с гига­ваттной пиковой мощностью и высокой частотой повторения: проблемы, проектирование и эксперимент

Рассмотрены основные проблемы и сформулированы рекомендации по проектированию волоконных систем усиления чирпированных импульсов (CPA) с высокой пиковой и средней мощностью. Показано, что нелинейность волокна низшего порядка, а именно самомодуляция фазы, ограничивает масштабирование волоконных усилителей высокоэнергетических ультракоротких импульсов. Поэтому возникает принципиальное различие между последствиями накопленной нелинейной фазы, обусловленной огибающей импульса, и последствиями, вызванными исходными слабыми модуляциями, что позволяет настоятельно рекомендовать эксплуатировать систему усиления в режиме, максимально близком к линейному, для формирования импульсов с высоким контрастом. Волокна, легированные редкоземельными элементами и характеризующиеся низкой нелинейностью, например недавно разработанные конструкции фотонно-кристаллических волокон, являются ключевым элементом успешного масштабирования пиковой мощности в волоконных лазерных системах. В настоящей работе представлен подробный анализ и оптимизация характеристик извлечения энергии в связи с накопленной нелинейной фазой в волокнах столь больших размеров. В результате в эксперименте уже были продемонстрированы фемтосекундные импульсы с энергией в миллиджоульном диапазоне и частотой повторения порядка 100 кГц в CPA-системе на основе иттербиевого волокна, обладающей дополнительным потенциалом масштабирования.