Modifica la velocità degli impulsi del laser ultracorto super potente

Modificare la velocità di pulsazione dellaser ultracorto super potente

I laser super ultracorti si riferiscono generalmente a impulsi laser con larghezze di impulso di decine e centinaia di femtosecondi, potenza di picco di terawatt e petawatt e la loro intensità luminosa focalizzata supera 10¹⁸ W/cm². I laser super ultracorti e le sorgenti di super radiazione e di particelle ad alta energia da essi generate hanno un ampio valore applicativo in molte direzioni di ricerca di base come la fisica delle alte energie, la fisica delle particelle, la fisica del plasma, la fisica nucleare e l'astrofisica, e i risultati della ricerca scientifica possono quindi servire alle relative industrie ad alta tecnologia, alla salute medica, all'energia ambientale e alla sicurezza della difesa nazionale. Dall'invenzione della tecnologia di amplificazione di impulsi chirp nel 1985, l'emergere del primo watt di battimento al mondolaserNel 1996 e nel 2017, con il completamento del primo laser da 10 watt al mondo, l'attenzione dei laser super ultra-corti in passato è stata principalmente rivolta al raggiungimento della "luce più intensa". Negli ultimi anni, gli studi hanno dimostrato che, mantenendo gli impulsi laser super, se la velocità di trasmissione degli impulsi del laser super ultra-corto può essere controllata, si possono ottenere risultati doppi con la metà dello sforzo in alcune applicazioni fisiche, il che dovrebbe ridurre la scala dei laser super ultra-corti.dispositivi laserma migliorarne l'effetto negli esperimenti di fisica laser ad alto campo.

Distorsione del fronte d'onda dell'impulso di un laser ultra-forte e ultra-corto.
Per ottenere la potenza di picco con energia limitata, la larghezza dell'impulso viene ridotta a 20-30 femtosecondi ampliando la larghezza di banda del guadagno. L'energia dell'impulso dell'attuale laser ultracorto da 10 watt è di circa 300 joule e la bassa soglia di danneggiamento del reticolo del compressore fa sì che l'apertura del fascio sia generalmente maggiore di 300 mm. Il fascio pulsato con larghezza di impulso di 20-30 femtosecondi e apertura di 300 mm è facilmente soggetto a distorsione di accoppiamento spazio-temporale, in particolare alla distorsione del fronte d'onda. La Figura 1 (a) mostra la separazione spazio-temporale del fronte d'onda e del fronte di fase causata dalla dispersione del ruolo del fascio, e il primo mostra un'inclinazione spazio-temporale rispetto al secondo. L'altro è la più complessa curvatura dello spazio-tempo causata dal sistema di lenti. La Figura 1 (b) mostra gli effetti del fronte d'onda ideale, del fronte d'onda inclinato e del fronte d'onda piegato sulla distorsione spazio-temporale del campo luminoso sul bersaglio. Di conseguenza, l'intensità della luce focalizzata risulta notevolmente ridotta, il che non è favorevole all'applicazione in campi intensi dei laser a impulsi ultracorti.

FIG. 1 (a) l'inclinazione del fronte d'onda causata dal prisma e dal reticolo, e (b) l'effetto della distorsione del fronte d'onda sul campo luminoso spazio-temporale sul bersaglio

Controllo della velocità di pulsazione ultra-fortelaser ultracorto
Attualmente, i fasci di Bessel prodotti dalla sovrapposizione conica di onde piane hanno dimostrato un valore applicativo nella fisica dei laser ad alto campo. Se un fascio pulsato sovrapposto conicamente presenta una distribuzione del fronte d'onda assialsimmetrica, l'intensità del centro geometrico del pacchetto d'onda a raggi X generato, come mostrato in Figura 2, può essere superluminale costante, subluminale costante, superluminale accelerata e subluminale decelerata. Anche la combinazione di uno specchio deformabile e di un modulatore spaziale di luce di tipo a fase può produrre una forma spazio-temporale arbitraria del fronte d'onda e, di conseguenza, una velocità di trasmissione controllabile a piacere. L'effetto fisico sopra descritto e la relativa tecnologia di modulazione possono trasformare la "distorsione" del fronte d'onda in "controllo" del fronte d'onda, realizzando così lo scopo di modulare la velocità di trasmissione di laser ultra-forti e ultra-corti.

FIG. 2 Gli impulsi luminosi (a) costanti più veloci della luce, (b) costanti subluminali, (c) accelerati più veloci della luce e (d) decelerati subluminali generati dalla sovrapposizione sono situati nel centro geometrico della regione di sovrapposizione

Sebbene la scoperta della distorsione del fronte d'onda sia antecedente a quella dei laser a impulsi ultracorti, essa ha suscitato grande interesse parallelamente allo sviluppo di questi ultimi. Per lungo tempo, la distorsione del fronte d'onda ha rappresentato un ostacolo al raggiungimento dell'obiettivo principale dei laser a impulsi ultracorti, ovvero l'ottenimento di un'intensità luminosa focalizzata estremamente elevata. Per questo motivo, i ricercatori si sono impegnati per sopprimere o eliminare le varie forme di distorsione del fronte d'onda. Oggi, con l'evoluzione del concetto di "distorsione del fronte d'onda" in "controllo del fronte d'onda", è stato possibile regolare la velocità di trasmissione dei laser a impulsi ultracorti, aprendo nuove prospettive e opportunità per l'applicazione di questi ultimi nella fisica dei laser ad alto campo.