Pristatytas naujas lazerinis stiprintuvas: viršija 10 dūžių vatų galios ribą!

Itin intensyvūs ultratrumpieji lazeriai turi platų pritaikymo spektrą, įskaitant pagrindinę fiziką, nacionalinį saugumą, pramonės paslaugas ir sveikatos priežiūrą. Fundamentalioje fizikoje tokie lazeriai tapo galingu įrankiu tiriant stipraus lauko lazerių fiziką, ypač lazeriu valdomuose spinduliuotės šaltiniuose, lazerio dalelių pagreitinimo ir vakuuminės kvantinės elektrodinamikos srityse.
Nuo 1-beat-wat "Nova" 1996 m. iki 10-beat-watt Shanghai Experimental Ultra-intense Ultrashort Laser Facility (SULF) 2017 m. ir 10-beat-watt European " Ekstremalios šviesos infrastruktūra – branduolinė fizika“ (ELI-NP) 2019 m., didžiausias lazerio galios padidėjimas atsirado dėl didelės diafragmos lazerių stiprinimo terpės pasikeitimo (nuo neodimiu legiruoto stiklo iki titano: safyro kristalų). Šis poslinkis sumažino didelės energijos lazerių impulsų trukmę nuo maždaug 500 femtosekundžių (fs) iki maždaug 25 fs.
Tačiau atrodo, kad titano-safyro itin intensyvūs ultratrumpieji lazeriai pasiekia viršutinę 10 dūžių ribą. Šiuo metu 10 pat vatų iki 100 pat vatų plėtros plano tyrėjai paprastai mažiau tikisi dėl titano safyro čirškiamo impulso stiprinimo technologijos, o vietoj to siekia optinio parametro čirškiamo impulso stiprinimo technologijos, pagrįstos deuteruotu kaliu. divandenilio fosfato netiesinis kristalas.
Tačiau, nors pastarasis turi geras taikymo perspektyvas, jo mažas siurblio signalo konversijos efektyvumas ir laiko-spektrinės energijos stabilumo trūkumai kelia didelių iššūkių realizuojant ir taikant būsimus 10-100 ritmo vatų lazerius.
Kita vertus, titano safyro čirškiamas impulsų stiprinimas, brandi technologija, kuri Kinijoje ir Europoje jau sukūrė vieną 10 gigavatų lazerį, vis dar turi didelį potencialą kitame itin intensyvių ultratrumpųjų lazerių kūrimo etape.
Titanas: Safyro kristalai yra energijos lygio plačiajuosčio lazerio stiprinimo terpė. Stiprinimo proceso metu siurblio impulsas sugeriamas, o energijos lygio inversija nustatoma tarp viršutinio ir apatinio energijos lygių, kad būtų galima kaupti energiją. Kai signalo impulsas kelis kartus praeina per titano safyro kristalą, sukaupta energija išgaunama lazerio signalo stiprinimui. Tačiau skersiniuose parazitiniuose lazeriuose spontaniškas spinduliuotės triukšmas sustiprinamas išilgai kristalo skersmens, sunaudodamas sukauptą energiją ir sumažindamas signalo lazerio stiprinimą.
Parazitinė lazerinė lazerinė lazerinė lazerinė operacija yra nepageidaujama lazerio operacija, kuri atliekama lazeryje arba stiprintuvu. Šis reiškinys dažniausiai atsiranda dėl netyčinio lazerio ertmės susidarymo kokioje nors prietaiso vidaus dalyje, dėl kurios lazeris svyruoja nepageidaujamu dažniu ar režimu. Parazitinių lazerių buvimas linkęs slopinti norimą lazerio veikimą įrenginyje, pablogindamas įrenginio veikimą ir galbūt net sugadindamas įrenginį.
Šiuo metu didžiausia titano safyro kristalų diafragma gali palaikyti tik 10 vatų galios lazerius. Net ir naudojant didesnius titano safyro kristalus, stiprinti lazeriu vis tiek neįmanoma, nes stiprus skersinis parazitinis lazeravimas auga eksponentiškai didėjant titano safyro kristalų dydžiui.
Kas yra proveržio raktas?
Norėdami išspręsti šį iššūkį, mokslininkai ėmėsi naujoviško požiūrio, nuosekliai sudėdami kelis titano safyro kristalus.
Remiantis Advanced Photonics Nexus, šis metodas peržengia dabartinių titano safyro itin intensyvių ultratrumpųjų lazerių 10-tap-vatų ribą, nes efektyviai padidina viso titano safyro plytelių kristalo diafragmos skersmenį ir sutrumpina skersinį parazitinį lazerį kiekviename. plytelių krištolas.
Yuxin Leng, atitinkamas šio straipsnio autorius ir Šanchajaus optikos ir tiksliųjų mašinų instituto tyrėjas, pažymėjo: „Sėkmingai pademonstravome plytelių titano:safyro lazeravimo stiprinimą 100 teravatų (ty 0,1). beat-watt) lazerinė sistema. Naudojome šią techniką, kad pasiektume beveik idealų lazerinį stiprinimą, įskaitant aukštą konversijos efektyvumą, stabilią energiją, plačiajuosčio ryšio spektrus, trumpus impulsus ir mažus židinio taškus.
Jo komanda praneša, kad nuoseklus titano: safyro lazerinis stiprinimas yra gana paprastas ir nebrangus būdas viršyti dabartinę 10 kWh ribą. Tikimasi, kad šis metodas pagerins itin intensyvių ultratrumpųjų lazerių eksperimentines galimybes stipraus lauko lazerių fizikoje.
"Pridėjus 2 × 2 koherentinį titano: safyro didelės energijos lazerinį stiprintuvą prie Šanchajaus Eksperimentinės Ultra-intense Ultrashort Laser Facility (SULF) arba Europos Sąjungos ypatingos šviesos infrastruktūros branduolinės fizikos (ELI-NP) įrenginio, lazerio galia gali būti toliau padidintas nuo dabartinių 10 dūžių vatų iki 40 vatų, o fokusuotas didžiausias intensyvumas gali būti padidintas beveik 10 ar daugiau kartų.