Гибридные фемтосекундные системы видимого диапазона на основе XeF(C–A)-усилителя: состояние и перспективы

Cообщается о результатах экспериментальных и теоретических исследований гибридных (твердое тело/газ) фемтосекундных систем видимого диапазона THL-100 (ИСЭ СО РАН) и THL-30 (ФИАН) на основе Ti : сапфирового стартового комплекса и фотохимического XeF(C–A)-усилителя. Стартовый комплекс обеспечивает импульсы излучения длительностью 50 фс с энергией во второй гармонике (475 нм) до 5 мДж. Активная среда усилителя создается в смеси XeF₂–N₂ при воздействии ВУФ излучения ксенона, возбуждаемого электронным пучком. Разработана компьютерная модель для расчета параметров XeF(C–A)-усилителя, которая дает хорошее согласие с экспериментом. В системе THL-100 с выходной апертурой XeF(C–A)-усилителя 25 см получена рекордная для видимого диапазона спектра пиковая мощность фемтосекундного излучения 14 ТВт в импульсе длительностью 50 фс с временным контрастом более 10⁸. Измерена мощность усиленного спонтанного излучения XeF(C–A)-усилителя в угле 0.2 мрад, составившая 32 Вт. Полученный результат указывает на то, что развиваемый гибридный подход к созданию систем сверхвысокой мощности обеспечивает высокий временной контраст излучения (более 10¹² при проектной пиковой мощности 100 ТВт). В системе THL-30 исследованы перспективы сокращения длительности усиливаемого фемтосекундного импульса и экспериментально показано, что с помощью компенсации дисперсии третьего порядка в гибридной системе можно получать импульсы длительностью по крайней мере 27 фс при обратной компрессии усиленных импульсов в объеме стекла. Обнаружено также новое явление уширения спектра и самокомпрессии отрицательно чирпированных фемтосекундных импульсов видимого диапазона при нелинейном взаимодействии широкоапертурных пучков с плавленым кварцем. Этот результат открывает перспективу разработки новых методов самокомпрессии фемтосекундных импульсов, которые лишены физических ограничений на энергию в импульсе, и осуществления обратной компрессии усиленных импульсов в выходном окне XeF(C–A)-усилителя.