Dua ahli fizik di RIKEN telah merealisasikan denyutan laser yang sangat pendek dengan kuasa puncak 6 terawatt (6 trilion watt) - kira-kira bersamaan dengan kuasa yang dijana oleh 6,000 loji kuasa nuklear. Pencapaian itu, yang akan menyumbang kepada pembangunan lanjut laser attosecond, telah menjadikan ketiga-tiga penyelidik itu Hadiah Nobel dalam Fizik 2023. Kajian itu diterbitkan dalam jurnal Nature Photonics.
Sama seperti denyar kamera boleh "membekukan" objek yang bergerak pantas untuk menjadikannya kelihatan seolah-olah ia berdiri diam dalam gambar, denyutan laser yang sangat pendek boleh membantu menerangi proses ultrapantas, memberikan para saintis cara yang berkuasa untuk imej dan mengesannya.
Contohnya, denyutan laser pada tertib attosaat (1 attosaat=10-18 saat) adalah sangat pendek sehingga boleh mendedahkan gerakan elektron dalam atom dan molekul, memberikan cara baharu untuk menemui evolusi tindak balas kimia dan biokimia. Malah cahaya nampaknya boleh merangkak pada skala masa yang singkat, mengambil kira-kira 3 arsek untuk melalui nanometer.
"Dengan menangkap gerakan elektron, laser attosaat memberi sumbangan penting kepada sains asas," kata Eiji Takahashi dari Pusat Fotonik Lanjutan (RAP) RIKEN, "dan ia dijangka mempunyai aplikasi dalam pelbagai bidang, termasuk pemerhatian. sel biologi, pembangunan bahan baru dan diagnosis keadaan perubatan."
Lebih berkesan
Walau bagaimanapun, walaupun mungkin untuk mencipta denyutan laser ultrashort, ia tidak mempunyai kesan dan mempunyai tenaga yang rendah. Mencipta denyutan laser ultrapendek dan bertenaga tinggi akan meluaskan kemungkinan penggunaannya, kata Eiji Takahashi: "Tenaga keluaran semasa laser attosaat adalah sangat rendah. Oleh itu, meningkatkan tenaga keluarannya adalah penting jika ia digunakan sebagai sumber cahaya dalam pelbagai bidang."
Sama seperti penguat audio digunakan untuk meningkatkan isyarat bunyi, ahli fizik laser menggunakan penguat optik untuk meningkatkan tenaga denyutan laser. Penguat ini biasanya menggunakan kristal tak linear yang bertindak balas secara khusus kepada cahaya. Walau bagaimanapun, jika kristal ini digunakan untuk menguatkan denyutan laser kitaran tunggal, ia boleh rosak tidak boleh diperbaiki. Denyutan laser kitaran tunggal adalah sangat pendek sehingga nadi berakhir sebelum cahaya berayun melalui kitaran panjang gelombang penuh.
Halangan terbesar dalam pembangunan sumber laser inframerah ultra-pantas bertenaga tinggi ialah kekurangan kaedah yang berkesan untuk secara langsung menguatkan denyutan laser kitaran tunggal," kata Eiji Takahashi. Kesesakan ini mengakibatkan 1-halangan milijoule untuk tunggal -tenaga nadi laser kitaran."
Menetapkan rekod baharu
Walau bagaimanapun, kesesakan ini kini telah dipecahkan. Mereka telah menguatkan denyutan kitaran tunggal kepada lebih daripada 50 milijoule, lebih daripada 50 kali ganda hasil terbaik sebelumnya. Oleh kerana denyutan laser yang terhasil adalah sangat pendek, tenaga ini diterjemahkan kepada kuasa yang sangat tinggi bagi beberapa terawatt.
Takahashi berkata, "Kami telah menunjukkan cara untuk mengatasi kesesakan dengan mewujudkan kaedah yang cekap untuk menguatkan denyutan laser kitaran tunggal."
Kaedah mereka, dipanggil penguatan parametrik optik berkicau berganda maju (DC-OPA), adalah sangat mudah dan hanya melibatkan dua kristal yang menguatkan kawasan pelengkap spektrum.
Takahashi berkata, "DC-OPA lanjutan untuk menguatkan denyutan laser kitaran tunggal adalah sangat mudah kerana ia hanya berdasarkan gabungan dua kristal tak linear - rasanya seperti idea yang boleh dicetuskan oleh sesiapa sahaja. Ia mengagumkan saya kerana konsep yang begitu mudah memberikan teknik penguatan baharu dan satu kejayaan dalam pembangunan laser ultracepat bertenaga tinggi."
Yang penting, DC-OPA termaju beroperasi pada julat panjang gelombang yang sangat luas. Pasukan itu dapat menguatkan denyutan dengan perbezaan panjang gelombang lebih daripada dua kali panjang gelombang. Takahashi berkata, "Kaedah baharu ini mempunyai ciri revolusioner yang membolehkan lebar jalur penguatan untuk keluaran frekuensi ultra lebar tanpa menjejaskan ciri penskalaan tenaga keluaran."
Teknik amplifikasi novel
Teknik mereka ialah varian teknik penguatan nadi optik lain yang dipanggil "penguatan nadi berkicau", yang mana tiga penyelidik dari AS, Perancis dan Kanada telah dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik pada tahun 2018. laser ialah salah satu teknologi yang memacu pembangunan daripada laser.
Takahashi menjangkakan bahawa teknologi mereka akan memajukan lagi pembangunan laser attosaat: 'Kami telah berjaya membangunkan kaedah penguatan laser baharu yang boleh meningkatkan keamatan denyutan laser kitaran tunggal kepada kuasa puncak terawatt,' katanya, 'dan tidak ada keraguan. bahawa ini adalah lonjakan utama dalam pembangunan laser attosaat berkuasa tinggi."
Dalam jangka masa panjang, matlamatnya adalah untuk melampaui laser attosaat dan mencipta denyutan yang lebih pendek.
