Penguat Laser Baharu Dilancarkan: Memecah Had Kuasa 10 Pukulan Watt!

Laser ultrashort ultra intens mempunyai pelbagai aplikasi, termasuk fizik asas, keselamatan negara, perkhidmatan industri dan penjagaan kesihatan. Dalam fizik asas, laser sedemikian telah menjadi alat yang berkuasa untuk mengkaji fizik laser medan kuat, terutamanya dalam sumber sinaran dipacu laser, pecutan zarah laser, dan elektrodinamik kuantum vakum.
Daripada 1-beat-watt "Nova" pada tahun 1996 kepada 10-beat-watt Shanghai Experimental Ultra-inense Ultrashort Laser Facility (SULF) pada tahun 2017 dan 10-beat-watt European " Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics" (ELI-NP) pada 2019, kemuncak Peningkatan mendadak dalam kuasa laser adalah disebabkan oleh peralihan dalam medium perolehan laser apertur besar (daripada kaca berdop neodymium kepada titanium:kristal nilam). Anjakan ini mengurangkan tempoh nadi laser bertenaga tinggi daripada kira-kira 500 femtosaat (fs) kepada kira-kira 25 fs.
Walau bagaimanapun, laser ultra-pendek ultra-pendek titanium-sapphire nampaknya meningkat kepada had atas 10 watt denyutan. Pada masa ini, untuk rancangan pembangunan 10 pat-watt hingga 100 pat-watt, para penyelidik secara amnya kurang berharap tentang teknologi penguatan nadi-kicau nilam titanium, dan sebaliknya menyasarkan kepada teknologi penguatan nadi-kicau parameter optik berdasarkan kalium yang telah dideuterated. hablur tak linear dihidrogen fosfat.
Walau bagaimanapun, walaupun yang kedua mempunyai prospek aplikasi yang baik, kecekapan penukaran isyarat pam yang rendah dan kekurangan kestabilan tenaga spektral-waktu membawa cabaran besar kepada realisasi dan penggunaan laser 10-100 beat-watt masa hadapan.
Sebaliknya, penguatan nadi berkicau titanium nilam, teknologi matang yang telah membina satu laser 10 gigawatt masing-masing di China dan Eropah, masih mempunyai potensi besar dalam peringkat seterusnya pembangunan laser ultra-pendek ultra-intens.
Titanium: Kristal nilam ialah medium perolehan laser jalur lebar tahap tenaga. Semasa proses perolehan, nadi pam diserap, dan penyongsangan paras tenaga diwujudkan antara paras tenaga atas dan bawah untuk mencapai penyimpanan tenaga. Apabila nadi isyarat melalui kristal nilam titanium beberapa kali, tenaga yang disimpan diekstrak untuk penguatan isyarat laser. Walau bagaimanapun, dalam laser parasit melintang, bunyi pelepasan spontan dikuatkan sepanjang diameter kristal, memakan tenaga yang disimpan dan mengurangkan penguatan laser isyarat.
Pengikat Parasit ialah sejenis operasi laser yang tidak diingini yang berlaku dalam peranti laser atau penguat. Fenomena ini biasanya disebabkan oleh pembentukan rongga laser yang tidak disengajakan di beberapa bahagian dalaman peranti, menyebabkan laser berayun pada frekuensi atau mod yang tidak diingini. Kehadiran laser parasit cenderung untuk menghalang operasi laser yang diingini dalam peranti, merendahkan prestasi peranti dan mungkin juga menyebabkan kerosakan pada peranti.
Pada masa ini, apertur maksimum kristal nilam titanium hanya boleh menyokong laser 10 watt denyutan. Walaupun dengan kristal nilam titanium yang lebih besar, penguatan laser masih tidak dapat dilakukan kerana pengikat parasit melintang yang kuat tumbuh secara eksponen dengan peningkatan saiz kristal nilam titanium.
Apakah kunci kejayaan?
Untuk menangani cabaran ini, para penyelidik mengambil pendekatan inovatif dengan meletakkan beberapa kristal nilam titanium secara koheren bersama-sama.
Menurut Advanced Photonics Nexus, kaedah ini menembusi had 10-watt tap-watt laser ultrashort ultra-intens titanium nilam semasa dengan meningkatkan diameter apertur keseluruhan hablur jubin nilam titanium dengan berkesan dan memotong pengikat parasit melintang dalam setiap kristal jubin.
Yuxin Leng, pengarang kertas kerja yang sepadan dan penyelidik di Institut Optik dan Jentera Ketepatan Shanghai, menyatakan, "Kami telah berjaya menunjukkan penguatan titanium:sapphire berjubin pengikat dalam 100 terawatt (iaitu, 0.1 sistem laser beat-watt. Kami menggunakan teknik ini untuk mencapai amplifikasi laser yang hampir ideal, termasuk kecekapan penukaran yang tinggi, tenaga stabil, spektrum jalur lebar, denyutan pendek dan titik fokus kecil."
Pasukannya melaporkan bahawa penguatan laser titanium:sapphire berjubin koheren menyediakan kaedah yang agak mudah dan murah untuk melebihi had semasa 10 kWj. Kaedah ini dijangka meningkatkan keupayaan eksperimen laser ultra-pendek ultra-intens dalam fizik laser medan kuat.
"Dengan menambahkan titanium berjubin koheren 2×2: penguat laser bertenaga tinggi nilam ke Kemudahan Laser Ultrashort Ultrashort Eksperimen Shanghai (SULF) atau kemudahan Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics (ELI-NP) Kesatuan Eropah, kuasa laser boleh ditingkatkan lagi daripada 10 denyutan watt semasa kepada 40 denyutan watt, dan keamatan puncak terfokus boleh ditingkatkan dengan faktor hampir 10 atau lebih."