Зміна швидкості імпульсів надсильного ультракороткого лазера

Змініть швидкість імпульсівнадпотужний ультракороткий лазер

Надкороткі лазери зазвичай відносяться до лазерних імпульсів з тривалістю імпульсу десятки та сотні фемтосекунд, піковою потужністю терават та петават, а їхня сфокусована інтенсивність світла перевищує 1018 Вт/см2. Надкороткий лазер та його джерело надвипромінювання та джерело високоенергетичних частинок мають широкий спектр застосування в багатьох фундаментальних напрямках досліджень, таких як фізика високих енергій, фізика елементарних частинок, фізика плазми, ядерна фізика та астрофізика, а результати наукових досліджень можуть служити відповідним високотехнологічним галузям, охороні здоров'я, екологічній енергетиці та національній оборонній безпеці. З моменту винаходу технології посилення імпульсів чирпуванням у 1985 році, поява першого у світі ват-біт-лазера...лазеру 1996 році та завершення будівництва першого у світі 10-ватного лазера у 2017 році, увага надкоротких лазерів у минулому була зосереджена головним чином на досягненні «найінтенсивнішого світла». Дослідження останніх років показали, що за умови підтримки надкоротких лазерних імпульсів, якщо швидкість передачі імпульсів надкороткого лазера можна контролювати, це може дати вдвічі більший результат з вдвічі меншими зусиллями в деяких фізичних застосуваннях, що, як очікується, зменшить масштаби надкоротких лазерів.лазерні пристрої, але покращують його ефект у експериментах з лазерної фізики високого поля.

Спотворення імпульсного фронту надсильного ультракороткого лазера
Для отримання пікової потужності за обмеженої енергії, ширину імпульсу зменшують до 20~30 фемтосекунд шляхом збільшення смуги пропускання посилення. Енергія імпульсу сучасного 10-ватного ультракороткого лазера становить близько 300 джоулів, а низький поріг пошкодження компресорної решітки робить апертуру променя зазвичай більшою за 300 мм. Імпульсний промінь з шириною імпульсу 20~30 фемтосекунд та апертурою 300 мм легко переносить просторово-часові спотворення зв'язку, особливо спотворення фронту імпульсу. На рисунку 1 (а) показано просторово-часове розділення фронту імпульсу та фазового фронту, спричинене дисперсією ролей променя, причому перший показує «просторово-часовий нахил» відносно другого. Інший - це більш складна «кривизна простору-часу», спричинена системою лінз. На рисунку 1 (b) показано вплив ідеального фронту імпульсу, похилого фронту імпульсу та викривленого фронту імпульсу на просторово-часове спотворення світлового поля на цілі. В результаті, інтенсивність сфокусованого світла значно зменшується, що не сприяє застосуванню сильного поля надкороткого лазера.

РИС. 1 (a) нахил фронту імпульсу, спричинений призмою та решіткою, та (b) вплив спотворення фронту імпульсу на просторово-часове світлове поле на мішені

Імпульсне керування швидкістю надсильногоультракороткий лазер
Наразі пучки Бесселя, отримані шляхом конічної суперпозиції плоских хвиль, продемонстрували цінність застосування у фізиці лазерів високого поля. Якщо конічно накладений імпульсний пучок має осесиметричний розподіл фронту імпульсу, то геометрична центральна інтенсивність згенерованого пакету рентгенівських хвиль, як показано на рисунку 2, може бути постійною надсвітловою, постійною субсвітловою, прискореною надсвітловою та сповільненою субсвітловою. Навіть комбінація деформованого дзеркала та просторового модулятора світла фазового типу може створювати довільну просторово-часову форму фронту імпульсу, а отже, і довільну керовану швидкість передачі. Вищезазначений фізичний ефект та його технологія модуляції можуть перетворити «спотворення» фронту імпульсу на «керування» фронтом імпульсу, а отже, реалізувати мету модуляції швидкості передачі надсильного надкороткого лазера.

РИС. 2. Світлові імпульси (a) постійної швидкості швидше за світло, (b) постійної швидкості субсвітла, (c) прискореної швидкості швидше за світло та (d) уповільненої швидкості субсвітла, що генеруються суперпозицією, розташовані в геометричному центрі області суперпозиції.

Хоча відкриття спотворення імпульсного фронту відбулося раніше, ніж відкриття надультракоротких лазерів, воно викликало широке занепокоєння разом з розвитком надультракоротких лазерів. Протягом тривалого часу це не сприяло реалізації основної мети надультракоротких лазерів – надвисокої інтенсивності фокусування світла, і дослідники працювали над придушенням або усуненням різних спотворень імпульсного фронту. Сьогодні, коли «спотворення імпульсного фронту» перетворилося на «керування імпульсним фронтом», було досягнуто регулювання швидкості передачі надультракоротких лазерів, що забезпечує нові засоби та нові можливості для застосування надультракоротких лазерів у фізиці лазерів високого поля.