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

Thay đổi tốc độ xung củalaser siêu mạnh siêu ngắn

Laser siêu cực ngắn thường dùng để chỉ các xung laser có độ rộng xung từ hàng chục đến hàng trăm femto giây, công suất cực đại là terawatt và petawatt, 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 các kết quả nghiên cứu khoa học sau đó có thể phục vụ cho các ngành công nghiệp công nghệ cao có liên quan, y tế sức khỏe, 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 watt nhịp đầu tiên trên thế giớitia lazevào năm 1996 và hoàn thành laser 10 watt đầu tiên trên thế giới vào năm 2017, trọng tâm của laser siêu cực 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, nếu tốc độ truyền xung của laser siêu cực 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 dự kiến ​​sẽ thu hẹp quy mô của siêu cực ngắnthiết bị lasernhưng cải thiện hiệu quả của nó trong các thí nghiệm vật lý laser trường cao.

Sự biến dạng của xung phía trước của tia laser cực mạnh cực ngắn
Để đạt được công suất đỉnh 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 cực ngắn 10-beak-watt hiện tại là khoảng 300 joule và ngưỡng hư hỏng thấp của mạng 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 dễ mang theo méo ghép không gian-thời gian, đặc biệt là méo của mặt trận xung. Hình 1 (a) cho thấy sự tách biệt không gian-thời gian của mặt trận xung và mặt trận pha do sự phân tán vai trò của chùm tia gây ra, và cái trước cho thấy "độ nghiêng không gian-thời gian" so với cái sau. Cái còn lại là "độ cong của không gian-thời gian" phức tạp hơn do hệ thống thấu kính gây ra. HÌNH 1 (b) cho thấy tác động của mặt trận xung lý tưởng, mặt trận xung nghiêng và mặt trận xung cong lên độ méo không gian-thời gian của trường ánh sáng trên mục tiêu. Kết quả là cường độ ánh sáng tập trung bị giảm đáng kể, không có lợi cho ứng dụng trường mạnh của tia laser siêu cực ngắn.

HÌNH 1 (a) độ nghiêng của mặt trận xung do lăng kính và mạng lưới gây ra, và (b) tác động của sự biến dạng của mặt trận xung trên trường ánh sáng không gian-thời gian trên mục tiêu

Kiểm soát tốc độ xung cực mạnhlaser cực ngắn
Hiện nay, chùm Bessel được tạo ra bằng cách chồng chập hình nón của sóng phẳng đã cho thấy giá trị ứng dụng trong vật lý laser trường cao. Nếu chùm xung chồng chập hình nón có phân bố mặt trận 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 sáng không đổi, dưới sáng không đổi, siêu sáng tăng tốc và dưới sáng giảm tốc. Ngay cả sự kết hợp của gương biến dạng và bộ điều biến ánh sáng không gian loại pha cũng có thể tạo ra hình dạng không gian-thời gian tùy ý của mặt trận xung, 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 đổi "biến dạng" của mặt trận xung thành "điều khiển" của mặt trận xung, sau đó hiện thực hóa mục đích điều chế tốc độ truyền của laser cực mạnh cực ngắn.

HÌNH 2 Các xung ánh sáng (a) liên tục nhanh hơn ánh sáng, (b) liên tục dưới ánh sáng, (c) tăng tốc nhanh hơn ánh sáng và (d) giảm tốc dưới ánh sáng được tạo ra bởi sự chồng chập nằm ở tâm hình học của vùng chồng chập

Mặc dù phát hiện ra sự biến dạng 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 cực ngắn. Trong một thời gian dài, nó không có lợi cho việc hiện thực hóa mục tiêu cốt lõi của laser siêu cực ngắn - cường độ ánh sáng hội tụ cực cao và các nhà nghiên cứu đã làm việc để ngăn chặn hoặc loại bỏ nhiều biến dạng mặt trước xung. Ngày nay, khi "biến dạng mặt trước xung" đã phát triển thành "điều khiển mặt trước xung", nó đã đạt được sự điều chỉnh tốc độ truyền của laser siêu cực ngắn, cung cấp phương tiện mới và cơ hội mới cho ứng dụng laser siêu cực ngắn trong vật lý laser trường cao.