Spremenite hitrost impulzasuper močan ultrakratki laser
Super ultrakratki laserji se običajno nanašajo na laserske impulze s širino impulza deset in sto femtosekund, največjo močjo teravatov in petavatov, njihova fokusirana svetlobna intenzivnost pa presega 1018 W/cm2. Super ultrakratki laserji in njihovi ustvarjeni viri super sevanja ter viri visokoenergijskih delcev imajo široko paleto uporabne vrednosti v številnih temeljnih raziskovalnih področjih, kot so fizika visokih energij, fizika delcev, fizika plazme, jedrska fizika in astrofizika, rezultati znanstvenih raziskav pa lahko nato služijo ustreznim visokotehnološkim industrijam, zdravstvu, okoljski energiji in nacionalni obrambni varnosti. Od izuma tehnologije ojačanja impulzov s čirpiranjem leta 1985 se je pojavil prvi utripni vat na svetu.laserleta 1996 in dokončanja prvega 10-vatnega laserja na svetu leta 2017, je bil v preteklosti poudarek super ultrakratkih laserjev predvsem na doseganju "najintenzivnejše svetlobe". V zadnjih letih so študije pokazale, da lahko super ultrakratki laserji, če se hitrost prenosa impulzov ohranja, v nekaterih fizikalnih aplikacijah dosežejo dvakrat večji rezultat s polovico manj truda, kar naj bi zmanjšalo obseg super ultrakratkih laserjev.laserske naprave, vendar izboljšajo njegov učinek v poskusih z lasersko fiziko visokega polja.
Popačenje impulzne fronte ultra močnega ultrakratkega laserja
Da bi dosegli najvišjo moč pri omejeni energiji, se širina impulza zmanjša na 20~30 femtosekund z razširitvijo pasovne širine ojačanja. Energija impulza trenutnega 10-vatnega ultrakratkega laserja je približno 300 joulov, nizek prag poškodbe kompresorske rešetke pa povzroči, da je odprtina žarka običajno večja od 300 mm. Impulzni žarek s širino impulza 20~30 femtosekund in odprtino 300 mm zlahka prenaša prostorsko-časovna popačenja sklopitve, zlasti popačenja fronte impulza. Slika 1 (a) prikazuje prostorsko-časovno ločitev fronte impulza in fazne fronte, ki jo povzroča disperzija vlog žarka, pri čemer prva kaže "prostorsko-časovni nagib" glede na slednjo. Druga je bolj kompleksna "ukrivljenost prostora-časa", ki jo povzroča sistem leč. SLIKA 1 (b) prikazuje učinke idealne fronte impulza, nagnjene fronte impulza in upognjene fronte impulza na prostorsko-časovno popačenje svetlobnega polja na tarči. Posledično se intenzivnost fokusirane svetlobe močno zmanjša, kar ni ugodno za močno uporabo ultra kratkega laserja.
SLIKA 1 (a) nagib pulzne fronte, ki ga povzročata prizma in rešetka, in (b) učinek popačenja pulzne fronte na prostorsko-časovno svetlobno polje na tarči
Nadzor hitrosti impulzov ultra močnegaultrakratki laser
Trenutno so Besselovi žarki, ki nastanejo s stožčasto superpozicijo ravninskih valov, pokazali uporabno vrednost v fiziki laserjev visokega polja. Če ima stožčasto superponiran impulzni žarek osno simetrično porazdelitev impulzne fronte, potem je lahko geometrijska središčna intenzivnost ustvarjenega paketa rentgenskih valov, kot je prikazano na sliki 2, konstantna superluminalna, konstantna subluminalna, pospešena superluminalna in upočasnjena subluminalna. Tudi kombinacija deformabilnega zrcala in faznega prostorskega modulatorja svetlobe lahko ustvari poljubno prostorsko-časovno obliko impulzne fronte in nato poljubno nadzorovano hitrost prenosa. Zgornji fizikalni učinek in njegova modulacijska tehnologija lahko pretvorita "popačenje" impulzne fronte v "nadzor" impulzne fronte in nato dosežeta namen modulacije hitrosti prenosa ultra močnega ultrakratkega laserja.
SLIKA 2 (a) konstantni impulzi hitrejše od svetlobe, (b) konstantni impulzi podsvetlobe, (c) pospešeni impulzi hitrejše od svetlobe in (d) upočasnjeni impulzi podsvetlobe, ki jih generira superpozicija, se nahajajo v geometrijskem središču območja superpozicije.
Čeprav je bilo odkritje popačenja pulzne fronte starejše od super ultrakratkih laserjev, je bilo skupaj z razvojem super ultrakratkih laserjev deležno velike pozornosti. Dolgo časa ni prispevalo k uresničitvi osrednjega cilja super ultrakratkih laserjev – ultra visoke intenzivnosti fokusiranja svetlobe – zato so raziskovalci delali na zatiranju ali odpravi različnih popačenj pulzne fronte. Danes, ko se je »popačenje pulzne fronte« razvilo v »nadzor pulzne fronte«, je bila dosežena regulacija hitrosti prenosa super ultrakratkih laserjev, kar zagotavlja nova sredstva in nove priložnosti za uporabo super ultrakratkih laserjev v fiziki laserjev visokega polja.
Čas objave: 13. maj 2024