Ändern Sie die Pulsgeschwindigkeit dessuperstarker Ultrakurzlaser
Super-Ultrakurzzeitlaser sind im Allgemeinen Laserpulse mit Pulsbreiten von einigen zehn bis hundert Femtosekunden, Spitzenleistungen im Terawatt- und Petawattbereich und einer fokussierten Lichtintensität von über 1018 W/cm2. Super-Ultrakurzzeitlaser und die von ihnen erzeugte Superstrahlungsquelle sowie die hochenergetische Teilchenquelle haben ein breites Anwendungsspektrum in vielen Bereichen der Grundlagenforschung, wie Hochenergiephysik, Teilchenphysik, Plasmaphysik, Kernphysik und Astrophysik. Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Forschung können dann den relevanten Hightech-Industrien, der Medizin, der Umweltenergie und der nationalen Verteidigungssicherheit zugutekommen. Seit der Erfindung der Chirped-Pulse-Amplification-Technologie im Jahr 1985 entstand der weltweit erste Beat-WattLaserSeit der Fertigstellung des weltweit ersten 10-Watt-Lasers im Jahr 1996 und der Fertigstellung des weltweit ersten 10-Watt-Lasers im Jahr 2017 lag der Fokus bei Super-Ultrakurzzeitlasern in der Vergangenheit hauptsächlich auf der Erzielung von „höchster Lichtintensität“. Studien der letzten Jahre haben gezeigt, dass bei konstanten Superlaserpulsen die Steuerung der Pulsübertragungsgeschwindigkeit von Super-Ultrakurzzeitlasern in einigen physikalischen Anwendungen mit halbem Aufwand die doppelte Leistung erzielen kann. Dies dürfte den Umfang von Super-Ultrakurzzeitlasern reduzieren.Lasergeräte, sondern verbessern seine Wirkung in Experimenten der Hochfeldlaserphysik.
Verzerrung der Pulsfront eines ultrastarken Ultrakurzlasers
Um bei begrenzter Energie die Spitzenleistung zu erreichen, wird die Pulsbreite durch Vergrößerung der Verstärkungsbandbreite auf 20–30 Femtosekunden reduziert. Die Pulsenergie aktueller 10-Watt-Ultrakurzpulslaser beträgt etwa 300 Joule, und aufgrund der niedrigen Zerstörschwelle des Kompressorgitters ist die Strahlapertur im Allgemeinen größer als 300 mm. Ein gepulster Strahl mit einer Pulsbreite von 20–30 Femtosekunden und einer Apertur von 300 mm neigt leicht zu räumlich-zeitlichen Kopplungsverzerrungen, insbesondere zu Verzerrungen der Pulsfront. Abbildung 1 (a) zeigt die räumlich-zeitliche Trennung von Pulsfront und Phasenfront aufgrund der Strahlrollendispersion, wobei erstere relativ zu letzterer eine „räumlich-zeitliche Neigung“ aufweist. Die andere ist die komplexere „Raum-Zeit-Krümmung“, die durch das Linsensystem verursacht wird. Abbildung 1 (b) zeigt die Auswirkungen idealer, geneigter und gekrümmter Pulsfronten auf die räumlich-zeitliche Verzerrung des Lichtfelds auf dem Ziel. Dadurch wird die fokussierte Lichtintensität stark reduziert, was der starken Feldanwendung von Super-Ultrakurzlasern nicht förderlich ist.
Abb. 1 (a) die durch das Prisma und das Gitter verursachte Neigung der Pulsfront und (b) die Auswirkung der Verzerrung der Pulsfront auf das Raum-Zeit-Lichtfeld auf dem Ziel
Pulsgeschwindigkeitsregelung von ultrastarkenUltrakurzlaser
Bessel-Strahlen, die durch konische Überlagerung ebener Wellen erzeugt werden, haben sich bereits in der Hochfeldlaserphysik bewährt. Besitzt ein konisch überlagerter gepulster Strahl eine achsensymmetrische Pulsfrontverteilung, kann die geometrische Zentrumsintensität des erzeugten Röntgenwellenpakets (siehe Abbildung 2) konstant überluminal, konstant subluminal, beschleunigt überluminal und verzögert subluminal sein. Die Kombination aus deformierbarem Spiegel und Phasen-Raumlichtmodulator ermöglicht die Erzeugung beliebiger räumlich-zeitlicher Pulsfrontformen und damit beliebig steuerbarer Übertragungsgeschwindigkeiten. Der oben beschriebene physikalische Effekt und seine Modulationstechnologie können die „Verzerrung“ der Pulsfront in eine „Steuerung“ der Pulsfront umwandeln und so die Modulation der Übertragungsgeschwindigkeit ultrastarker Ultrakurzwellenlaser ermöglichen.
Abb. 2 Die durch Überlagerung erzeugten (a) konstanten Überlicht-, (b) konstanten Unterlicht-, (c) beschleunigten Überlicht- und (d) verlangsamten Unterlicht-Lichtpulse befinden sich im geometrischen Zentrum des Überlagerungsbereichs.
Obwohl die Entdeckung der Pulsfrontverzerrung vor der Entwicklung von Super-Ultrakurzzeitlasern erfolgte, wurde sie im Zuge ihrer Entwicklung intensiv diskutiert. Lange Zeit führte sie nicht zum Erreichen des Kernziels von Super-Ultrakurzzeitlasern – einer ultrahohen Fokussierungslichtintensität. Forscher arbeiteten daher an der Unterdrückung oder Beseitigung verschiedener Pulsfrontverzerrungen. Heute, mit der Weiterentwicklung der Pulsfrontverzerrung zur Pulsfrontkontrolle, ermöglicht sie die Regulierung der Übertragungsgeschwindigkeit von Super-Ultrakurzzeitlasern und eröffnet neue Möglichkeiten für deren Anwendung in der Hochfeldlaserphysik.
Veröffentlichungszeit: 13. Mai 2024