Power Scaling of Enhancement Cavities for Nonlinear Optics

حفره‌های تقویتی تشدیدگرهای نوری غیرفعال هستند که در آنها تشعشعات لیزری موج پیوسته یا پالس‌های یک شانه فرکانس به طور منسجمی روی هم قرار گرفته‌اند و امکان مقیاس‌گذاری قدرت و شدت تا چندین مرتبه بزرگی را فراهم می‌کنند. یک کاربرد برجسته، تولید روی میز پرتوهای درخشان و لیزر مانند در مناطق طیفی است که در آن عمل لیزر مستقیم ناکارآمد است یا اصلاً در دسترس نیست، از طریق فرآیندهای نوری غیرخطی درون حفره‌ای. با این حال، برای بهره برداری از ظرفیت کامل این تکنیک، پیشرفت بیشتری لازم است.

این پایان نامه مشکلات مرکزی حفره های تقویتی مانند یافتن محدودیت در مقیاس قدرت گردشی، اندازه گیری پارامترهای حفره با دقت بالا، تنظیم حالت های عرضی و جفت کردن تشعشعات تولید شده در حفره را پوشش می دهد. قدرت لیزر درون حفره‌ای بی‌سابقه نشان داده شد که با یک مرتبه بزرگی از نتایج قبلی پیشی گرفت. به عنوان یک کاربرد، هارمونیک های تابش اصلی 1040 نانومتر تا مرتبه 21 تولید می شود. علاوه بر گزارش این نتایج تجربی خوب، این پایان نامه مقدمه ای عالی برای فیزیک حفره های تقویتی ارائه می دهد که توسط بیش از 140 مرجع پشتیبانی می شود.

Enhancement cavities are passive optical resonators in which continuous-wave laser radiation or pulses of a frequency comb are coherently overlapped, allowing for a power and intensity scaling of up to several orders of magnitude. A prominent application is the table-top generation of bright, laser-like radiation in spectral regions where direct laser action is inefficient or not available at all, via intracavity nonlinear optical processes. However, to exploit the full capacity of this technique further progress is needed.

This thesis covers central problems of enhancement cavities, such as finding limitations in scaling the circulating power, measuring cavity parameters with high accuracy, tailoring transverse modes and coupling out radiation generated in the cavity. Unprecedented intracavity laser powers were demonstrated, surpassing previous results by an order of magnitude. As an application, harmonics of the fundamental 1040-nm radiation up to the 21st order are generated. Besides reporting these fine experimental results, the thesis provides an excellent introduction into the physics of enhancement cavities, supported by more than 140 references.