Ультрашвидкий лазердля атосекундної науки
Наразі атосекундні імпульси отримують переважно за допомогою генерації гармонік вищого порядку (ГВПП), що керується сильними полями. Суть їхньої генерації можна зрозуміти як іонізацію, прискорення та рекомбінацію електронів сильним лазерним електричним полем з вивільненням енергії, тим самим випромінюючи атосекундні імпульси XUV.
Таким чином, атосекундний вихід надзвичайно чутливий до ширини імпульсу, енергії, довжини хвилі та частоти повтореннялазерний рушій(Надшвидкий лазер): коротша тривалість імпульсу вигідна для ізоляції атосекундних імпульсів, вища енергія покращує іонізацію та ефективність, довша довжина хвилі підвищує енергію відсікання, але значно знижує ефективність перетворення, а вища частота повторення покращує співвідношення сигнал/шум, але обмежена енергією одного імпульсу. Різні застосування (такі як електронна мікроскопія, рентгенівська абсорбційна спектроскопія, підрахунок збігів тощо) мають різні акценти на індексі атосекундного імпульсу, що висуває диференційовані та комплексні вимоги до збуджуючих лазерів. Покращення продуктивності збуджуючих лазерів має вирішальне значення для використання в атосекундній науці.
Чотири основні технологічні шляхи для підвищення продуктивності керуючих лазерів (надшвидкий лазер)
1. Вища енергія: розроблена для подолання низької ефективності перетворення високочастотного випромінювання (HHG) та отримання високопродуктивних атосекундних імпульсів. Технологічна еволюція змістилася від традиційного підсилення імпульсів з чирпованими частотами (CPA) до сімейства оптичних параметричних підсилювачів, включаючи оптичне параметричне підсилення імпульсів з чирпованими частотами (OPCPA), подвійне чирповане оптичне підсилення (DC-OPA), оптичне підсилення в частотній області (FOPA) та квазіфазове узгодження OPCPA (QPCPA). Подальше поєднання методів синтезу когерентного синтезу променя (CBC) та посилення з розщепленням імпульсів (DPA) для подолання фізичних обмежень одноканальних підсилювачів, таких як теплові ефекти та нелінійні пошкодження, та досягнення вихідної енергії на рівні Джоуля.
2. Коротша ширина імпульсу: призначена для генерації ізольованих атосекундних імпульсів, які можна використовувати для аналізу електронної динаміки, що вимагає малої кількості або навіть субперіодичних збуджуючих імпульсів та стабільної фази обвідної несучої (CEP). Основні технології включають використання нелінійних методів пост-стиснення, таких як волокно з порожнистим сердечником (HCF), багатотонка плівка (MPSC) та багатоканальний резонатор (MPC), для стиснення ширини імпульсу до надзвичайно коротких довжин. Стабільність CEP вимірюється за допомогою інтерферометра f-2f та досягається за допомогою активного зворотного зв'язку/прямого зв'язку (наприклад, AOFS, AOPDF) або пасивних повністю оптичних механізмів самостабілізації, заснованих на процесах різниці частот.
3. Довша довжина хвилі: розроблена для переміщення енергії атосекундних фотонів у діапазон «водяного вікна» для візуалізації біомолекул. Три основні технологічні шляхи:
Оптичне параметричне підсилення (OPA) та його каскад: це основне рішення в діапазоні довжин хвиль 1-5 мкм, що використовує кристали, такі як BiBO та MgO:LN; >Для діапазону довжин хвиль 5 мкм потрібні кристали, такі як ZGP та LiGaS₂.
Генерація диференціальної частоти (DFG) та внутрішньоімпульсна диференціальна частота (IPDFG): можуть забезпечити джерела початкового рівня пасивною стабільністю CEP.
Технологія прямого лазерного випромінювання, така як лазери на халькогенідах, легованих перехідними металами Cr:ZnS/Se, відома як «титан-сапфір середнього інфрачервоного діапазону» та має переваги компактної структури та високої ефективності.
4. Вища частота повторення: спрямована на покращення співвідношення сигнал/шум та ефективності збору даних, а також на усунення обмежень, пов'язаних з ефектами об'ємного заряду. Два основні шляхи:
Технологія резонансних резонаторів з покращеним резонансом: використання високоточних резонансних резонаторів для посилення пікової потужності імпульсів повторюваної частоти мегагерцового рівня для керування високою висотою випромінювання (HHG) застосовується в таких галузях, як гребінці XUV-частот, але генерація ізольованих атосекундних імпульсів все ще створює труднощі.
Висока частота повторень тапотужний лазерПрямий привід, включаючи OPCPA, волоконний CPA в поєднанні з нелінійним пост-стисканням та тонкоплівковий генератор, досяг генерації ізольованих атосекундних імпульсів з частотою повторення 100 кГц.
Час публікації: 16 березня 2026 р.