Thay đổi tốc độ xung của tia laser siêu ngắn siêu mạnh

Thay đổi tốc độ xung củatia laser siêu ngắn siêu mạnh

Laser siêu cực ngắn thường đề cập đến các xung laser có độ rộng xung hàng chục và hàng trăm femto giây, công suất cực đại terawatt và petawatt, và cường độ ánh sáng tập trung của chúng vượt quá 1018 W/cm2. Laser siêu cực ngắn và nguồn siêu bức xạ và nguồn hạt năng lượng cao được tạo ra của nó 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 đầu ra của khoa học. kết quả nghiên cứu sau đó có thể phục vụ các ngành công nghệ cao có liên quan, y tế, năng lượng môi trường và an ninh quốc phòng. Kể từ khi phát minh ra công nghệ khuếch đại xung chirped vào năm 1985, sự xuất hiện của nhịp watt đầu tiên trên thế giớitia lazevào năm 1996 và hoàn thành tia laser 10 watt đầu tiên trên thế giới vào năm 2017, trọng tâm của tia laser siêu siêu ngắn trước đây chủ yếu là đạt được “ánh sáng cường độ cao nhất”. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong điều kiện duy trì các xung siêu laser, nếu có thể kiểm soát được tốc độ truyền xung của laser siêu siêu ngắn, nó có thể mang lại kết quả gấp đôi với một nửa công sức trong một số ứng dụng vật lý, điều này được mong đợi. để giảm quy mô siêu siêu ngắnthiết bị laser, nhưng cải thiện hiệu quả của nó trong các thí nghiệm vật lý laser trường cao.

Sự biến dạng xung phía trước của laser siêu ngắn cực mạnh
Để đạt được công suất cực đại trong điều kiện năng lượng hạn chế, độ rộng xung được giảm xuống còn 20 ~ 30 femto giây bằng cách mở rộng băng thông khuếch đại. Năng lượng xung của tia laser siêu ngắn 10 mỏ hiện tại là khoảng 300 joules và ngưỡng sát thương thấp của cách tử máy nén khiến khẩu độ chùm tia thường lớn hơn 300 mm. Chùm xung có độ rộng xung 20 ~ 30 femto giây và khẩu độ 300 mm rất dễ gây ra biến dạng khớp nối không gian và thời gian, đặc biệt là biến dạng của mặt trước xung. Hình 1 (a) cho thấy sự phân tách không gian-thời gian của mặt trước xung và mặt trước pha gây ra bởi sự phân tán vai trò của chùm tia, và hình trước cho thấy “độ nghiêng không gian-thời gian” so với hình sau. Cái còn lại là “độ cong của không-thời gian” phức tạp hơn do hệ thấu kính gây ra. QUẢ SUNG. 1 (b) cho thấy ảnh hưởng của mặt trước xung lý tưởng, mặt trước xung nghiêng và mặt trước xung bị uốn cong đối với sự biến dạng không gian-thời gian của trường ánh sáng trên mục tiêu. Kết quả là cường độ ánh sáng tập trung giảm đi đáng kể, điều này không có lợi cho ứng dụng trường mạnh của laser siêu cực ngắn.

QUẢ SUNG. 1 (a) độ nghiêng của mặt trước xung do lăng kính và cách tử gây ra, và (b) ảnh hưởng của sự biến dạng của mặt trước xung đối với trường ánh sáng không-thời gian trên mục tiêu

Kiểm soát tốc độ xung cực mạnhlaser cực ngắn
Hiện nay, chùm Bessel được tạo ra bởi sự chồng chất hình nón của sóng phẳng đã cho thấy giá trị ứng dụng trong vật lý laser trường cao. Nếu chùm xung xếp chồng hình nón có phân bố xung phía trước đối xứng trục thì cường độ trung tâm hình học của gói sóng tia X được tạo ra như trong Hình 2 có thể là siêu sáng không đổi, dưới sáng không đổi, siêu sáng tăng tốc và dưới sáng giảm tốc. Ngay cả sự kết hợp giữa gương biến dạng và bộ điều chế ánh sáng không gian loại pha cũng có thể tạo ra hình dạng không gian-thời gian tùy ý của mặt trước xung, sau đó tạo ra tốc độ truyền có thể điều khiển tùy ý. Hiệu ứng vật lý ở trên và công nghệ điều chế của nó có thể biến đổi “sự biến dạng” của mặt trước xung thành “điều khiển” của mặt trước xung, sau đó hiện thực hóa mục đích điều chỉnh tốc độ truyền của tia laser siêu ngắn cực mạnh.

QUẢ SUNG. 2 (a) các xung ánh sáng phụ không đổi nhanh hơn ánh sáng, (b) ánh sáng phụ không đổi, (c) các xung ánh sáng phụ tăng tốc nhanh hơn ánh sáng và (d) giảm tốc được tạo ra bởi sự chồng chất nằm ở trung tâm hình học của vùng chồng chất

Mặc dù việc phát hiện ra hiện tượng méo mặt trước xung sớm hơn laser siêu cực ngắn nhưng nó đã được quan tâm rộng rãi cùng với sự phát triển của laser siêu ngắn. Trong một thời gian dài, nó không có lợi cho việc hiện thực hóa mục tiêu cốt lõi của laser siêu siêu ngắn - cường độ ánh sáng hội tụ cực cao, và các nhà nghiên cứu đã nỗ lực ngăn chặn hoặc loại bỏ các biến dạng xung phía trước khác nhau. Ngày nay, khi “sự biến dạng phía trước xung” đã phát triển thành “điều khiển phía trước xung”, nó đã đạt được sự điều chỉnh tốc độ truyền của laser siêu cực ngắn, mang lại phương tiện mới và cơ hội mới cho ứng dụng laser siêu ngắn trong vật lý laser trường cao.