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

Thay đổi tốc độ xung củatia laser cực ngắn siêu mạnh

Laser siêu ngắn thường dùng để chỉ các xung laser có độ rộng xung từ hàng chục đến hàng trăm femto giây, công suất cực đại lên đến terawatt và petawatt, và cường độ ánh sáng tập trung của chúng vượt quá 1018 W/cm². Laser siêu ngắn cùng nguồn bức xạ siêu mạnh và nguồn hạt năng lượng cao do nó tạo ra có giá trị ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực 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 sau đó có thể phục vụ cho các ngành công nghiệp công nghệ cao liên quan, y tế, năng lượng môi trường và an ninh quốc phòng. Kể từ khi công nghệ khuếch đại xung chirped được phát minh vào năm 1985, công nghệ khuếch đại xung chirped đầu tiên trên thế giới đã xuất hiện.tia laserVào năm 1996 và hoàn thành laser 10 watt đầu tiên trên thế giới vào năm 2017, trọng tâm của laser siêu ngắn trước đây 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 hiệu quả gấp đôi với một nửa nỗ lực trong một số ứng dụng vật lý, điều này được kỳ vọng sẽ thu hẹp quy mô của laser siêu ngắn.thiết 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 nối 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 hình trước cho thấy "độ nghiêng không gian-thời gian" so với hình sau. Hình còn lại là "độ cong của không-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 đi 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 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 mạnhtia laser cực ngắn
Hiện nay, chùm Bessel được tạo ra bằng cách chồng chập hình nón các sóng phẳng đã cho thấy giá trị ứng dụng trong vật lý laser trường cao. Nếu một 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 giữa 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, và sau đó tạo ra tốc độ truyền dẫn tùy ý có thể điều khiển. Hiệu ứng vật lý nêu trên và công nghệ điều chế của nó có thể biến đổi "biến dạng" của mặt trận xung thành "điều khiển" mặt trận xung, và sau đó hiện thực hóa mục đích điều chế tốc độ truyền dẫn của laser siêu mạnh siêu ngắn.

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

Mặc dù hiện tượng méo mặt xung được phát hiện sớm hơn laser siêu ngắn, nhưng nó đã nhận được sự 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 ngắn - cường độ ánh sáng hội tụ cực cao, và các nhà nghiên cứu đã nỗ lực để ngăn chặn hoặc loại bỏ các loại méo mặt xung. Ngày nay, khi "méo mặt xung" đã phát triển thành "điều khiển mặt xung", nó đã đạt được mục tiêu điều chỉnh tốc độ truyền của laser siêu ngắn, mang đến những phương tiện và cơ hội mới cho việc ứng dụng laser siêu ngắn trong vật lý laser trường cao.