Thay đổi tốc độ xung của laser siêu mạnh cực ngắn.

Thay đổi tốc độ xung củatia laser siêu mạnh cực ngắn

Laser siêu ngắn thường đề cập đến các xung laser có độ rộng xung hàng chục và hàng trăm femtogiây, công suất đỉnh terawatt và petawatt, và cường độ ánh sáng hội tụ vượt quá 1018 W/cm2. Laser siêu ngắn và nguồn bức xạ siêu mạnh cùng nguồn hạt năng lượng cao do nó tạo ra có giá trị ứng dụng rộng rãi trong nhiều hướng nghiên cứu cơ bản như vật lý năng lượng cao, vật lý hạt, vật lý plasma, vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn, và kết quả nghiên cứu khoa học có thể phục vụ các ngành công nghệ cao liên quan, y tế, năng lượng môi trường và an ninh quốc phòng. Kể từ khi công nghệ khuếch đại xung biến tần được phát minh vào năm 1985, sự xuất hiện của laser siêu ngắn đầu tiên trên thế giới với công suất cực đại 1018 W/cm2 đã góp phần tạo nên thành công đó.tia laserKể từ năm 1996 và sự hoàn thành laser 10 xung watt đầu tiên trên thế giới vào năm 2017, trọng tâm của laser siêu ngắn trong quá khứ chủ yếu là đạt được “ánh sáng mạnh nhất”. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trong điều kiện duy trì xung laser siêu ngắn, nếu tốc độ truyền xung của laser siêu ngắn có thể được kiểm soát, nó có thể mang lại kết quả gấp đôi với một nửa nỗ lực trong một số ứng dụng vật lý, điều này được kỳ vọng sẽ thu nhỏ quy mô của laser siêu ngắn.thiết bị lasernhưng cải thiện hiệu quả của nó trong các thí nghiệm vật lý laser cường độ cao.

Sự biến dạng của mặt trước xung laser cực mạnh cực ngắn
Để đạt được công suất cực đại trong điều kiện năng lượng hạn chế, độ rộng xung được giảm xuống còn 20~30 femtogiây bằng cách mở rộng băng thông khuếch đại. Năng lượng xung của laser siêu ngắn 10 watt hiện nay khoảng 300 joule, và ngưỡng hư hỏng thấp của lưới nén khiến khẩu độ chùm tia thường lớn hơn 300 mm. Chùm tia xung với độ rộng xung 20~30 femtogiây và khẩu độ 300 mm dễ bị biến dạng ghép nối không gian-thời gian, đặc biệt là biến dạng mặt trước xung. Hình 1 (a) cho thấy sự tách biệt không gian-thời gian của mặt trước xung và mặt trước pha do sự tán sắc vai trò của chùm tia gây ra, trong đó mặt trước xung thể hiện sự “nghiêng không gian-thời gian” so với mặt trước pha. Một trường hợp khác là “độ cong không gian-thời gian” phức tạp hơn do hệ thống thấu kính gây ra. Hình 1 (b) cho thấy ảnh hưởng của mặt trước xung lý tưởng, mặt trước xung nghiêng và mặt trước xung bị uốn cong đến sự biến dạng không gian-thời gian của trường ánh sáng trên mục tiêu. Do đó, cường độ ánh sáng hội tụ bị giảm đáng kể, điều này không thuận lợi cho việc ứng dụng trường mạnh của laser siêu ngắn.

Hình 1 (a) độ nghiêng của mặt xung gây ra bởi lăng kính và cách tử, và (b) ảnh hưởng của sự biến dạng mặt xung lên trường ánh sáng không gian-thời gian trên mục tiêu

Điều khiển tốc độ xung cực mạnhtia laser siêu ngắn
Hiện nay, chùm tia Bessel được tạo ra bằng cách chồng chất hình nón của các sóng phẳng đã cho thấy giá trị ứng dụng trong vật lý laser cường độ cao. Nếu một chùm tia xung chồng chất hình nón có sự phân bố mặt xung đối xứng trục, thì cường độ tâm hình học của gói sóng tia X được tạo ra như thể hiện trong Hình 2 có thể là siêu tốc không đổi, dưới tốc độ không đổi, siêu tốc tăng tốc và dưới tốc độ giảm tốc. Thậm chí sự kết hợp giữa gương biến dạng và bộ điều biến ánh sáng không gian kiểu pha có thể tạo ra hình dạng không gian-thời gian tùy ý của mặt xung, và sau đó tạo ra tốc độ truyền có thể điều khiển tùy ý. Hiệu ứng vật lý trên và công nghệ điều chế của nó có thể biến "sự biến dạng" của mặt xung thành "sự điều khiển" mặt xung, và sau đó thực hiện mục đích điều chỉnh tốc độ truyền của laser siêu mạnh siêu ngắn.

Hình 2. Các xung ánh sáng (a) nhanh hơn tốc độ ánh sáng không đổi, (b) chậm hơn tốc độ ánh sáng không đổi, (c) nhanh hơn tốc độ ánh sáng được gia tốc và (d) chậm hơn tốc độ ánh sáng được giảm tốc được tạo ra bằng phương pháp chồng chất nằm ở tâm hình học của vùng chồng chất.

Mặc dù việc phát hiện biến dạng mặt xung đã có từ trước khi công nghệ laser siêu ngắn ra đời, nhưng nó lại được quan tâm rộng rãi cùng với sự phát triển của laser siêu ngắn. Trong một thời gian dài, hiện tượng này không có lợi cho việc hiện thực hóa mục tiêu cốt lõi của laser siêu ngắn – cường độ ánh sáng hội tụ cực cao, và các nhà nghiên cứu đã nỗ lực để triệt tiêu hoặc loại bỏ các biến dạng mặt xung khác nhau. Ngày nay, khi “biến dạng mặt xung” đã phát triển thành “kiểm soát mặt xung”, nó đã đạt được khả năng điều chỉnh tốc độ truyền của laser siêu ngắn, cung cấp phương tiện và cơ hội mới cho việc ứng dụng laser siêu ngắn trong vật lý laser trường cao.