Yangi texnologiya ultra qisqa lazer impulslarini ishlab chiqarish uchun turli to'lqin uzunlikdagi tolali lazerlarni birlashtiradi

Yaqinda Berkeley Laboratoriyasining Accelerator Technology and Applied Physics (ATAP) bo‘limining bir guruh tadqiqotchilari ultraqisqa lazer impulslarini ishlab chiqarish uchun turli to‘lqin uzunlikdagi tolali lazerlarni birlashtira oladigan yangi texnika ishlab chiqilishini e’lon qilishdi.
Bu ish yuqori energiyali fizikaning chegaralarini surish va materialshunoslik, termoyadroviy tadqiqotlar va boshqa ko'plab sohalarda kashfiyotlarni amalga oshirish imkoniyatiga ega bo'lgan lazer plazma gaz pedallarini (LPA) rivojlanishini rivojlantirishi mumkin.
Lazer plazma gaz pedallari (LPA) zaryadlangan zarrachalarni plazma orqali joriy texnologiyadan 1000 barobar tezroq tezlashtirish uchun ultratezkor lazer nurlarining kuchli zarbalaridan foydalanadi, bu esa hozirgi texnologiyadan ixchamroq va kuchliroq mashinalarni yaratish imkonini beradi. an'anaviy gaz pedallari va qurish va ishlatish uchun arzonroq.
Hozirgi vaqtda ko'pchilik lazer plazma gaz pedallari (LPA) faqat bir necha gerts (Hz) takrorlash chastotalari bilan lazer impulslaridan foydalanadi. Biroq, LPA ning to'liq potentsialini amalga oshirish uchun kHz yoki undan yuqori takrorlash chastotalarida ultra qisqa, yuqori energiyali lazer impulslarini ishlab chiqarishga qodir yuqori quvvatli lazer tizimlari talab qilinadi.
Ushbu cheklovlar bunday impulslarni yaratadigan lazer tizimlariga juda talabchan talablarni qo'yadi. Natijada, tadqiqotchi tolali lazerlarga murojaat qildi, uning so'zlariga ko'ra, "eng samarali yuqori quvvatli lazer texnologiyasi va shuningdek, bizning ishimizda foydalanish mumkin bo'lgan keng sanoat rivojlanishiga ega".
Tolali lazerlar tomonidan ishlab chiqarilgan impulslarning energiyasi va quvvati fazo va vaqtdagi bir nechta impulslarni birlashtirish orqali kuchaytirilishi mumkin bo'lsa-da, bu impulslar hozirda taxminan 100 femtosekund (fs) bilan cheklangan, bu lazer plazma gaz pedallarini (LPA) boshqarish uchun etarli emas.
ATAP tarkibiga kiruvchi BELLA markazining tadqiqotchi olimlari shunday tushuntirishdi: "Tolali lazer tizimlari eng yuqori elektro-optik quvvat samaradorligini ta'minlasa-da - bu tizimlarda kuchaytirilgan ultraqisqa lazer impulslari spektri torayadi".
"Lazer pulslari shu tarzda kuchaytirilganda, daromadning torayishi asosiy ta'sirdir; zarba spektri qanchalik toraysa, davomiyligi shunchalik uzoq bo'ladi. Natijada, yuqori quvvatli tolali lazerlar uchun 100 dan qisqaroq impulslarni yaratish juda qiyin. soniya."
Biroq, qo'shni to'lqin uzunligi diapazonlarida ishlaydigan bir nechta lazer impulslarini spektral birlashtirib, jamoa (jumladan, muhandislik Qiang Du va ATAPdan Dan Vang va Rassel Uilkoks) o'nlab soniyali juda qisqa impulslarni qo'llab-quvvatlay oladigan ultra keng kombinatsiyalangan spektrga erishdi.
O‘tkazish qobiliyatini oshirish va o‘nlab soniya uzunlikdagi impulslarni hosil qilish uchun tadqiqotchilar birinchi navbatda 100 MGts takrorlash tezligida 120-ikkinchi impulslarni hosil qilish uchun rejim qulflangan osilator va iterbiy qo‘shilgan tolali kuchaytirgichdan (YDFA) foydalanganlar. Ular fotonik kristall tolaga yuborildi va bu lazer impulslarining spektri 27 nanometrdan (nm) 90 nm gacha kengaydi.
Keyin ular lazer impulslarini intensivlikni sezilarli darajada yo'qotmasdan ajratish yoki birlashtirishga imkon beruvchi dikroik oynadan foydalanganlar, shu bilan impulslarni spektral bo'linadi. Keyin ular tegishli impuls spektrlarining intensivligi va fazasini shakllantirish uchun ikkita impuls shakllantiruvchiga yuborildi. Aks ettirilgan impulslar birinchi shakllantirgichga yuborilganda, chiqarilgan impulslar YDFA tomonidan kuchaytiriladi, impulslar ikkinchi shakllantirgich tomonidan hosil qilinadi va keyinchalik boshqa dikroik oyna bilan bo'linadi. So'ngra tolali lazerning uchta jirkanch impulslari kuchaytiriladi va qo'shimcha dikroik nometall yordamida qayta birlashtiriladi.
Ushbu ultra keng polosali spektr sintetik impulslarni shakllantirish bilan birgalikda atigi 42 soniya davom etadigan impulslarni ishlab chiqaradi, bu uchta tolali kanal tomonidan ishlab chiqarilgan impulslardan ancha qisqaroqdir. Jamoaning fikriga ko'ra, bu spektral kombinatsiyalangan iterbiy tolali lazer tizimidan olingan eng qisqa pulsli lazer davomiyligi.
Ushbu ish hozirgi kunga qadar past energiyalarda o'ta tezkor impulslarni namoyish etgan bo'lsa-da, u ultra keng polosali spektral birlashtirish va kogerent spektral sintez impulslarini shakllantirishning asosiy tamoyillarini ko'rsatadi va lazer plazma gaz pedallarini (LPA) boshqarish uchun tolali lazerlardan foydalanishda yutuq beradi. Kelajakda jamoa ko'proq kuchaytirish bosqichlarini qo'shishni va o'nlab soniyali yuqori energiyali lazer impulslarini yaratish uchun tolali lazerlarni fazoviy, vaqtinchalik va spektral ravishda birlashtira oladigan ko'p o'lchovli texnikani amalga oshirishni rejalashtirmoqda.