Ultra hiter laserza atosekundno znanost
Trenutno se atosekundni impulzi pridobivajo predvsem z generiranjem harmonikov višjega reda (HHG), ki jih poganjajo močna polja. Bistvo njihovega generiranja lahko razumemo kot ionizacijo, pospeševanje in rekombinacijo elektronov z močnim laserskim električnim poljem, ki sprošča energijo in s tem oddaja atosekundne XUV impulze.
Zato je atosekundni izhod izjemno občutljiv na širino impulza, energijo, valovno dolžino in hitrost ponavljanjalaserski pogon(Ultra hitri laser): krajša širina impulza je koristna za izolacijo atosekundnih impulzov, višja energija izboljša ionizacijo in učinkovitost, daljša valovna dolžina poveča energijo meje, vendar znatno zmanjša učinkovitost pretvorbe, višja hitrost ponavljanja pa izboljša razmerje signal/šum, vendar je omejena z energijo posameznega impulza. Različne aplikacije (kot so elektronska mikroskopija, rentgenska absorpcijska spektroskopija, štetje naključij itd.) imajo različne poudarke na indeksu atosekundnih impulzov, kar postavlja različne in celovite zahteve za pogonske laserje. Izboljšanje delovanja pogonskih laserjev je ključnega pomena za uporabo v atosekundni znanosti.
Štiri ključne tehnološke poti za izboljšanje zmogljivosti pogonskih laserjev (ultra hitri laser)
1. Višja energija: Zasnovana za premagovanje nizke učinkovitosti pretvorbe HHG in pridobivanje visokozmogljivih atosekundnih impulzov. Tehnološki razvoj se je preusmeril od tradicionalnega ojačanja čirpiranih impulzov (CPA) k družini optičnih parametričnih ojačevalnikov, vključno z optičnim parametričnim ojačanjem čirpiranih impulzov (OPCPA), dvojnim čirpiranim OPA (DC-OPA), OPA s frekvenčno domeno (FOPA) in kvazi fazno usklajenim OPCPA (QPCPA). Nadaljnja kombinacija tehnik sinteze koherentne sinteze žarka (CBC) in ojačanja z delitvijo impulzov (DPA) za premagovanje fizikalnih omejitev enokanalnih ojačevalnikov, kot so toplotni učinki in nelinearne poškodbe, ter doseganje Joulove energijske izhodne moči.
2. Krajša širina impulza: Zasnovani so za generiranje izoliranih atosekundnih impulzov, ki jih je mogoče uporabiti za analizo elektronske dinamike, saj zahtevajo malo ali celo subperiodične pogonske impulze in stabilno fazo nosilne ovojnice (CEP). Glavne tehnologije vključujejo uporabo nelinearnih tehnik naknadne kompresije, kot so votla jedrna vlakna (HCF), večtanki filmi (MPSC) in večkanalna votlina (MPC), za stiskanje širine impulza na izjemno kratke dolžine. Stabilnost CEP se meri z interferometrom f-2f in doseže z aktivno povratno zanko/predhodno povratno zanko (kot sta AOFS, AOPDF) ali pasivnimi mehanizmi samostabilizacije, ki temeljijo na procesih frekvenčne razlike.
3. Daljša valovna dolžina: Zasnovana za potiskanje energije atosekundnih fotonov v pas "vodnega okna" za slikanje biomolekul. Tri glavne tehnološke poti so:
Optično parametrično ojačanje (OPA) in njegova kaskada: Je glavna rešitev v območju valovnih dolžin 1–5 μm, ki uporablja kristale, kot sta BiBO in MgO:LN; > Za valovno dolžinsko območje 5 μm so potrebni kristali, kot sta ZGP in LiGaS₂.
Generiranje diferencialne frekvence (DFG) in intrapulzna diferencialna frekvenca (IPDFG): lahko zagotovita pasivno stabilnost CEP izvorom semen.
Neposredna laserska tehnologija, kot so laserji s halkogenidi, dopiranimi s prehodnimi kovinami Cr: ZnS/Se, je znana kot "srednji infrardeči titanov safir" in ima prednosti kompaktne strukture in visoke učinkovitosti.
4. Višja hitrost ponovitve: namenjena izboljšanju razmerja signal/šum in učinkovitosti zajemanja podatkov ter odpravljanju omejitev učinkov prostorskega naboja. Dve glavni poti:
Tehnologija resonančnih votlin z izboljšano resonanco: uporaba visoko natančnih resonančnih votlin za povečanje največje moči ponavljajočih se frekvenčnih impulzov na ravni megahercev za pogon HHG se uporablja na področjih, kot so frekvenčni glavniki XUV, vendar ustvarjanje izoliranih atosekundnih impulzov še vedno predstavlja izziv.
Visoka stopnja ponovitve invisokozmogljiv laserNeposredni pogon, vključno z OPCPA, optičnim CPA v kombinaciji z nelinearno naknadno kompresijo in tankoplastnim oscilatorjem, je dosegel izolirano generiranje atosekundnih impulzov s frekvenco ponavljanja 100 kHz.
Čas objave: 16. marec 2026