以MRC光束穩(wěn)定系統(tǒng)在光路中防止激光漂移的實際案例
在本研究中，研究人員展示了一種低噪聲且高功率的紅外頻率梳，其振蕩器和放大器采用了基于YG的固態(tài)激光技術，使用的設備中有MRC的光束穩(wěn)定系統(tǒng)，與廣泛使用的光纖放大器相比，固態(tài)放大器的相互作用長度更短，光束橫截面更大。因此，增益介質的非線性響應更小，無需使用脈沖啁啾放大，避免了對頻率梳的相位噪聲可能產生的影響。使用Yb：YAG 飛秒放大器，獲得了 360 w的輸出功率，在經過光隔離器和空間模式濾波器后，保留了 270 w。由于增益介質的增益帶寬有限，導致譜寬變窄，從而使脈沖持續(xù)時間限制在約 1ps左右。使用常規(guī)非線性光纖進行脈沖的非線性譜展寬，由于自聚焦效應，其峰值功率限制在約 4 Mw。研究者采用了多程單元譜展寬（MPCSB）方案，并將脈沖持續(xù)時間壓縮至 59 ps。
本文中的激光系統(tǒng)通過將 Yb：YAG放大器與 MPCSB 脈沖壓縮方案相結合，實現了3Mw的峰值功率，這適用于驅動用于超快光產生的增強腔,且足夠低的相位噪聲.
如上圖所示，該儀器基于一臺商用鈦藍寶石啁啾脈沖放大系統(tǒng)，用于該光譜儀的放大器（5 mJ）的一部分泵浦一臺商用光學參量放大器和一臺非共線差頻生成單元。在放大器和光學參量放大器之間使用了一套主動激光束穩(wěn)定系統(tǒng)（MRC Systems GmbH），以提高脈沖間的穩(wěn)定性并防止長時間的對準漂移。
隨后，中紅外驅動光束通過一系列偏振光學元件傳輸，這些元件包括一對金屬柵極偏振器(用于控制場強)，以及安裝在電動旋轉臺上的非色散半波片，用于控制 sHHG 偏振態(tài)以進行各向異性測量。中紅外驅動光束通過 3 mm厚的 CaF2 窗口進入和離開真空室。聚焦和準直光學元件是兩個未涂覆的平凸 CaF2 鏡片，焦距為 50mm。由于真空室的尺寸，聚焦和準直光學元件都放置在室內。兩個鏡片都安裝在由壓電直線驅動器驅動的電動直線移動臺上，其縱向位置可以從室外遠程控制，從而能夠在真空條件下對其進行優(yōu)化。這使得能夠對樣品表面的有效光束尺寸進行高度動態(tài)控制，直至焦點處的直徑達到 50um。
本文進行了溫度和強度相關的測量，以直接探究Mott相變隨溫度的變化情況，從而展示了該儀器在研究固體中重要相變方面的實用性。下圖是在中紅外強度高于Mott相變（0.473 ± 0.015 TW/cm2）的情況下收集的。激光模式（實心三角形）清晰地顯示了隨著溫度的變化而產生的能量偏移，而諧波（實心圓）則在溫度變化方面幾乎沒有偏差，研究人員將其歸因于驅動光的光子能量的輕微熱漂移。
綜上所述，該儀器基于一個閉式循環(huán)氦低溫裝置（配備主動激光束穩(wěn)定系統(tǒng)MRC Systems GmbH）。目前，該儀器能夠進行低至16 K的測量，通過輻射屏蔽還有可能達到更低的溫度。為了評估該儀器的性能，通過從低于閾值密度光譜中提取PL的峰值光子能量，并用公式擬合峰值光子能量隨溫度的變化關系，研究了 ZnO 中帶隙隨溫度的變化情況。盡管由于現有文獻資料中關于 ZnO 的溫度依賴性帶隙存在不一致之處而存在不確定性，但結果表明，在光學相互作用區(qū)域保持低溫的同時，用足以達到非擾動狀態(tài)并產生強超短脈沖超連續(xù)放大信號的強度照射 ZnO 薄膜是可行的。這表明在超快中紅外驅動場作用下樣品加熱的影響不足以排除低溫測量，解決了該領域關于強脈沖飛秒光照射下有效樣品溫度的爭論。這為利用超高速高能激光光譜技術的獨特優(yōu)勢來研究低溫下的廣泛物質動態(tài)變化提供了可能。
參考文獻：
1. Kohrell F, Nebgen BR, Spies JA, Hollinger R, Zong A, Uzundal C, et al. A solid-state high harmonic generation spectrometer with cryogenic cooling. Review of Scientific Instruments 2024; 95(2).
MRC Systems GmbH成立于1995年，是由德國海德堡大學和德國癌癥研究中心（DKFZ）共同成立的，為包括激光和醫(yī)療技術等 各個領域開發(fā)和生產具有創(chuàng)新性的產品。
經過近30年的發(fā)展，MRC公司在世界各地已經成功生產和出售多種激光領域的產品。MRC公司的激光領域的產品主要是光束穩(wěn)定系統(tǒng)，已獲得ISO 13485認證。
優(yōu)勢：
◆該系統(tǒng)能確�？偸怯幸粋�穩(wěn)定的光束位置和方向
◆確保準直隨著時間的推移始終保持穩(wěn)定
◆精度優(yōu)于0.1 μm / 0.1 μrad
◆只需將組件插入到光路中，無需在重新調整過程中花費時間
特點：
◆模擬的閉環(huán)控制，沒有延遲和數字化步驟，速度更快、精度更高。
◆一鍵式開關，不需要參數設置，也可以不需要用電腦來通過軟件來控制，使用快速且簡單
◆可以不需要分光片，因為可以利用反射鏡本身透過的一小部分激光來探測
◆易于集成到現有的光路系統(tǒng)中-
◆鏡架是純壓電驅動的，不會出現因電機啟動導致的跳變現象，穩(wěn)定性更高
◆體積小巧緊湊
性能規(guī)格：
◆所有波長:190nm ~ 3000μm，包括太赫茲波段(標準探測器波長范圍:320nm ~ 1100nm)
◆所有重復頻率：從單脈沖到cw所有脈沖持續(xù)時間(as, fs, ps, ns，…)
◆大動態(tài)范圍：可選WID檢測器，強度變化系數>1000
◆高速控制:連續(xù)信號處理，無采樣延遲
◆分辨率/精度:<0.1 μm;<0.1 μrad(小至10 - 100 nm)
◆鏡面直徑:0.5至4英寸(根據要求提供其他尺寸)
