Измените частоту импульсовсверхмощный ультракороткий лазер
Сверхкороткие лазеры обычно представляют собой лазерные импульсы с длительностью в десятки и сотни фемтосекунд, пиковой мощностью в тераватты и петаватты, а интенсивность сфокусированного света превышает 10¹⁸ Вт/см². Сверхкороткие лазеры, а также генерируемые ими источники сверхсильного излучения и высокоэнергетических частиц, имеют широкий спектр применения во многих фундаментальных областях исследований, таких как физика высоких энергий, физика элементарных частиц, физика плазмы, ядерная физика и астрофизика. Результаты научных исследований могут затем использоваться в соответствующих высокотехнологичных отраслях, медицине, энергетике и национальной обороне. С момента изобретения технологии усиления чирпированных импульсов в 1985 году появился первый в мире биевый ватт.лазерС момента появления сверхкоротких лазеров в 1996 году и завершения создания первого в мире 10-ваттного лазера в 2017 году, основное внимание в разработке сверхкоротких лазеров уделялось достижению «максимально интенсивного света». В последние годы исследования показали, что при сохранении сверхкоротких лазерных импульсов, если скорость передачи импульсов сверхкороткого лазера можно контролировать, это может обеспечить вдвое больший результат при вдвое меньших усилиях в некоторых физических приложениях, что, как ожидается, позволит уменьшить масштабы сверхкоротких лазеров.лазерные устройствано улучшает его эффект в экспериментах по физике лазеров с сильным магнитным полем.
Искажение фронта импульса сверхмощного сверхкоротковолнового лазера
Для получения пиковой мощности при ограниченной энергии ширина импульса уменьшается до 20–30 фемтосекунд за счет расширения полосы пропускания усиления. Энергия импульса современного 10-ваттного сверхкороткоимпульсного лазера составляет около 300 джоулей, а низкий порог повреждения компрессионной решетки приводит к тому, что апертура пучка обычно превышает 300 мм. Импульсный пучок с шириной 20–30 фемтосекунд и апертурой 300 мм легко подвержен пространственно-временным искажениям связи, особенно искажениям фронта импульса. На рисунке 1 (а) показано пространственно-временное разделение фронта импульса и фазового фронта, вызванное дисперсией пучка, причем первое демонстрирует «пространственно-временной наклон» относительно второго. Другое — более сложная «кривизна пространства-времени», вызванная линзовой системой. На рисунке 1 (б) показано влияние идеального фронта импульса, наклонного фронта импульса и изогнутого фронта импульса на пространственно-временные искажения светового поля на мишени. В результате интенсивность сфокусированного света значительно снижается, что не способствует применению сверхкороткофокусных лазеров в сильных полях.
Рис. 1 (а) наклон фронта импульса, вызванный призмой и дифракционной решеткой, и (б) влияние искажения фронта импульса на пространственно-временное световое поле на мишени.
Регулировка частоты импульсов сверхмощных устройствсверхкороткий лазер
В настоящее время пучки Бесселя, создаваемые конической суперпозицией плоских волн, демонстрируют прикладную ценность в физике лазеров высокого поля. Если конически наложенный импульсный пучок имеет осесимметричное распределение фронта импульса, то интенсивность в геометрическом центре генерируемого рентгеновского волнового пакета, как показано на рисунке 2, может быть постоянной сверхсветовой, постоянной субсветовой, ускоренной сверхсветовой и замедленной субсветовой. Даже комбинация деформируемого зеркала и фазового пространственного модулятора света может создавать произвольную пространственно-временную форму фронта импульса и, следовательно, обеспечивать произвольную управляемую скорость передачи. Вышеописанный физический эффект и технология его модуляции позволяют преобразовать «искажение» фронта импульса в «управление» фронтом импульса и, таким образом, реализовать цель модуляции скорости передачи сверхмощного сверхкороткого лазера.
Рис. 2. Постоянные импульсы света, превышающие скорость света, (а) постоянные импульсы света, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света, (б) импульсы света, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света, и (г) импульсы света, замедляющиеся до скорости, превышающей скорость света, генерируемые суперпозицией, расположены в геометрическом центре области суперпозиции.
Хотя искажение фронта импульса было обнаружено раньше, чем появились сверхкороткие лазеры, оно широко обсуждалось на протяжении всего развития этой технологии. Долгое время оно препятствовало достижению основной цели сверхкоротких лазеров – сверхвысокой интенсивности фокусированного света, и исследователи работали над подавлением или устранением различных искажений фронта импульса. Сегодня, когда «искажение фронта импульса» переросло в «управление фронтом импульса», удалось достичь регулирования скорости передачи сверхкоротких лазеров, что открывает новые возможности для применения сверхкоротких лазеров в физике лазеров высокого поля.
Дата публикации: 13 мая 2024 г.