Uusi laservahvistin julkaistaan: ylittää 10 watin tehorajan!

Ultraintensiivisillä ultralyhyillä lasereilla on laaja valikoima sovelluksia, mukaan lukien perusfysiikka, kansallinen turvallisuus, teollisuuspalvelut ja terveydenhuolto. Perusfysiikassa tällaisista lasereista on tullut tehokas työkalu vahvakentän laserfysiikan tutkimiseen, erityisesti laserohjattujen säteilylähteiden, laserhiukkaskiihdytyksen ja tyhjiökvanttielektrodynamiikan tutkimiseen.
1-beat-watt "Novasta" vuonna 1996 10-beat-watt Shanghai Experimental Ultra-intense Ultrashort Laser Facility (SULF) vuonna 2017 ja 10-beat-watt European " Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics" (ELI-NP) vuonna 2019, huippu Lasertehon dramaattinen kasvu johtuu suuren aukon lasereiden vahvistusväliaineen siirtymisestä (neodyymi-seostetusta lasista titaani:safiirikiteisiin). Tämä muutos lyhensi korkeaenergisten lasereiden pulssin kestoa noin 500 femtosekunnista (fs) noin 25 fs:iin.
Titaanisafiiri ultraintensiiviset ultralyhyet laserit näyttävät kuitenkin nousevan 10 watin ylärajaan. Tällä hetkellä 10 pat-100 patwatin kehityssuunnitelmassa tutkijat eivät yleensä ole yhtä toiveikkaita titaanisafiirin sirkutuspulssivahvistusteknologian suhteen, vaan tähtäävät sen sijaan deuteroituun kaliumiin perustuvaan optisten parametrien sirkutuspulssivahvistusteknologiaan. divetyfosfaatti epälineaarinen kide.
Vaikka jälkimmäisellä on hyvät sovellusmahdollisuudet, sen alhainen pumppusignaalin muunnostehokkuus ja ajallisen spektrienergian stabiilisuuspuutteet tuovat suuria haasteita tulevien 10-100 beat-wattilaserien toteuttamiseen ja käyttöön.
Toisaalta titaanisafiirilla sirkutulla pulssivahvistimella, kypsällä tekniikalla, joka on jo rakentanut yhden 10 gigawatin laserin Kiinassa ja Euroopassa, on edelleen suuri potentiaali ultraintensiivisten ultralyhyiden lasereiden seuraavassa kehitysvaiheessa.
Titaani: Safiirikiteet ovat energiatason laajakaistainen laservahvistusväline. Vahvistusprosessin aikana pumpun pulssi absorboituu ja energiatason inversio muodostetaan ylemmän ja alemman energiatason välillä energian varastoinnin suorittamiseksi. Kun signaalipulssi kulkee titaanisafiirikiteen läpi useita kertoja, tallennettu energia otetaan talteen lasersignaalin vahvistamista varten. Poikittaisparasiittisissa lasereissa spontaani emissiokohina kuitenkin vahvistuu kiteen halkaisijaa pitkin kuluttaen varastoitunutta energiaa ja vähentäen signaalilaservahvistusta.
Parasitic Lasing on eräänlainen ei-toivottu lasertoiminto, joka tapahtuu laserissa tai vahvistimessa. Tämä ilmiö johtuu yleensä laserontelon tahattomasta muodostumisesta johonkin laitteen sisäosaan, mikä saa laserin värähtelemään ei-toivotulla taajuudella tai tilassa. Parasiittiset laserit pyrkivät estämään halutun lasertoiminnan laitteessa, mikä heikentää laitteen suorituskykyä ja mahdollisesti jopa vaurioittaa laitetta.
Tällä hetkellä titaanisafiirikiteiden suurin aukko voi tukea vain 10 watin lasereita. Jopa suurempia titaanisafiirikiteitä käytettäessä laservahvistus ei ole vieläkään mahdollista, koska vahva poikittainen loislasing kasvaa eksponentiaalisesti titaanisafiirikiteiden koon kasvaessa.
Mikä on läpimurron avain?
Vastatakseen tähän haasteeseen tutkijat omaksuivat innovatiivisen lähestymistavan asettamalla johdonmukaisesti useita titaanisafiirikiteitä yhteen.
Advanced Photonics Nexusin mukaan menetelmä rikkoo nykyisten titaanisafiiri ultraintensiivisten ultralyhyiden lasereiden 10-tap wattirajan lisäämällä tehokkaasti koko titaanisafiirilaatoituskiteen aukon halkaisijaa ja katkaisemalla poikittaista loislasointia kunkin sisällä. laatoitus kristalli.
Yuxin Leng, artikkelin vastaava kirjoittaja ja tutkija Shanghain optiikka- ja tarkkuuskoneiden instituutista, huomautti: "Olemme onnistuneesti osoittaneet titaani:safiiri-laseroinnin vahvistumisen 100 terawatilla (eli 0,1 beat-watt) laserjärjestelmä. Käytimme tätä tekniikkaa saavuttaaksemme lähes ihanteellisen laservahvistuksen, mukaan lukien korkea muunnostehokkuus, vakaa energia, laajakaistaspektrit, lyhyet pulssit ja pienet polttopisteet."
Hänen tiiminsä raportoi, että koherentti kaakeloitu titaani:safiiri-laservahvistus tarjoaa suhteellisen yksinkertaisen ja edullisen tavan ylittää nykyinen 10 kWh:n raja. Menetelmän odotetaan parantavan ultraintensiivisten ultralyhyiden lasereiden kokeellisia ominaisuuksia vahvan kentän laserfysiikassa.
"Lisäämällä 2 × 2 koherentti kaakeloitu titaani:safiiri korkeaenerginen laservahvistin Shanghai Experimental Ultra-intense Ultrashort Laser Facilityyn (SULF) tai Euroopan unionin Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics (ELI-NP) -laitokseen, laserteho saadaan voidaan edelleen nostaa nykyisestä 10 watista 40 wattiin, ja fokusoitua huippuintensiteettiä voitaisiin lisätä kertoimella lähes 10 tai enemmän."