Generation of midwave- and longwave infrared few-cycle multi-mJ pulses for the study of soliton-induced ultrafast nonlinear phenomena in atomic and molecular gases by using dielectric-coated metallic hollow-core fibers

使用电介质涂层金属空心光纤生成中波和长波红外少周期多 mJ 脉冲,用于研究原子和分子气体中孤子引起的超快非线性现象

基本信息

项目摘要

The project aims at the use of an already existing novel multi-mJ ultrashort pulse midwave IR (MWIR) OPCPA system (3 mJ, 5 micrometers) operating at 1 kHz and its extension to longer wavelengths in the longwave IR (LWIR) range (covering 7-12 micrometers) for the study of nonlinear processes in dielectric-coated metallic hollow-core fibers (DM-HCF). This unique laser source and the exploration of DM-HCFs grant access to a new segment of mid-IR nonlinear optics, e.g., to investigate new spectral and temporal regimes and ultrafast nonlinear processes in the anomalous dispersion range hitherto inaccessible in other waveguides. In particular solitonic phenomena in the 5-12 micrometers spectral range for distortion-less soliton pulse delivery, few-cycle soliton self-compression and soliton-induced supercontinuum generation will be studied from both a theoretical and experimental perspective. The individual goals are:(1) Extending the existing few-cycle MWIR OPCPA system for the generation of ultrashort pulses in the range of 7-12 micrometers, enabling pulse energies in the mJ-range. (2) Theoretical and experimental study of DM-HCFs for MWIR and LWIR pulse self-compression in the anomalous dispersion regime. In the considered wavelength range from 5-12 micrometers an unrivaled new compression technique is expected. Furthermore, DM-HCFs allow the compression of pulses with much higher energy compared to glass HCFs. (3) Theoretical and experimental study of supercontinuum generation in DM-HCFs filled with a gas using the high-energy MWIR and LWIR pulses. The application of such pump pulses should allow the generation of extremely broadband supercontinua extending into the THz spectral range.(4) Distortion-less soliton propagation of MWIR and LWIR pulses in gas-filled DM-HCFs will be studied in dependence on wavelength and pulse energy. Solitons in the targeted wavelength range between 3-12 micrometers have not been realized yet. (5) Generation of high-energy THz pulses in gases by using the two-color pulse technique. One can expect that with millijoule pulses in the MWIR and LWIR the THz yield will be increased by up to two orders of magnitude compared to near-IR pump pulses.
该项目旨在利用现有的新型多毫焦超短脉冲中波红外 (MWIR) OPCPA 系统(3 mJ,5 微米),工作频率为 1 kHz,并将其扩展到长波红外 (LWIR) 范围内的更长波长(覆盖7-12 微米)用于研究电介质涂层金属空心光纤 (DM-HCF) 的非线性过程。这种独特的激光源和 DM-HCF 的探索为中红外非线性光学的新领域提供了机会,例如,研究新的光谱和时间范围以及异常色散范围内的超快非线性过程,这是其他波导迄今为止无法达到的。特别是在 5-12 微米光谱范围内的孤子现象,用于无失真孤子脉冲传输、少周期孤子自压缩和孤子诱导超连续谱生成,将从理论和实验角度进行研究。各个目标是:(1) 扩展现有的少周期 MWIR OPCPA 系统,用于生成 7-12 微米范围内的超短脉冲,从而实现 mJ 范围内的脉冲能量。 (2)反常色散区中MWIR和LWIR脉冲自压缩DM-HCF的理论和实验研究。在所考虑的 5-12 微米波长范围内,预计将出现无与伦比的新压缩技术。此外,与玻璃 HCF 相比,DM-HCF 可以压缩能量更高的脉冲。 (3) 利用高能中波红外和长波红外脉冲在填充气体的 DM-HCF 中产生超连续谱的理论和实验研究。这种泵浦脉冲的应用应该能够产生延伸至太赫兹光谱范围的极宽带超连续谱。(4) 将根据波长和脉冲研究充气 DM-HCF 中 MWIR 和 LWIR 脉冲的无失真孤子传播活力。 3-12 微米目标波长范围内的孤子尚未实现。 (5)利用双色脉冲技术在气体中产生高能太赫兹脉冲。可以预期,与近红外泵浦脉冲相比,MWIR 和 LWIR 中的毫焦耳脉冲的太赫兹产量将增加两个数量级。

项目成果

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