سرعت پالس لیزر فوق کوتاه فوق العاده قوی را تغییر دهید

سرعت پالس را تغییر دهیدلیزر فوق کوتاه فوق العاده قوی

لیزرهای فوق کوتاه عموماً به پالس های لیزری با عرض پالس ده ها و صدها فمتوثانیه، حداکثر توان تراوات و پتوات و شدت نور متمرکز آنها بیش از 1018 وات بر سانتی متر مربع اشاره دارد. لیزر فوق‌کوتاه و منبع تابش فوق‌العاده تولید شده آن و منبع ذرات با انرژی بالا دارای طیف گسترده‌ای از ارزش کاربردی در بسیاری از جهت‌های تحقیقاتی اساسی مانند فیزیک انرژی بالا، فیزیک ذرات، فیزیک پلاسما، فیزیک هسته‌ای و اخترفیزیک، و خروجی‌های علمی هستند. سپس نتایج تحقیقات می تواند به صنایع مرتبط با فناوری پیشرفته، بهداشت پزشکی، انرژی محیطی و امنیت دفاع ملی کمک کند. از زمان اختراع فناوری تقویت پالس چیپ در سال 1985، ظهور اولین بیت وات در جهانلیزردر سال 1996 و تکمیل اولین لیزر 10 بیتی جهان در سال 2017، تمرکز لیزر فوق کوتاه در گذشته عمدتاً دستیابی به "شدیدترین نور" بوده است. در سال‌های اخیر، مطالعات نشان داده است که در شرایط حفظ پالس‌های لیزر فوق‌العاده، اگر بتوان سرعت انتقال پالس لیزر فوق‌کوتاه را کنترل کرد، ممکن است با نصف تلاش در برخی کاربردهای فیزیکی، دو برابر نتیجه را به ارمغان بیاورد که انتظار می‌رود. برای کاهش مقیاس فوق العاده کوتاهدستگاه های لیزری، اما اثر آن را در آزمایش های فیزیک لیزری با میدان بالا بهبود بخشد.

اعوجاج جلوی پالس لیزر فوق کوتاه فوق العاده قوی
برای به دست آوردن حداکثر توان تحت انرژی محدود، با افزایش پهنای باند بهره، عرض پالس به 20 تا 30 فمتوثانیه کاهش می یابد. انرژی پالس لیزر فوق کوتاه 10 منقار وات فعلی حدود 300 ژول است و آستانه آسیب کم توری کمپرسور باعث می شود که دیافراگم پرتو به طور کلی بیشتر از 300 میلی متر باشد. پرتو پالس با عرض پالس 20 ~ 30 فمتوثانیه و دیافراگم 300 میلی‌متر به راحتی می‌تواند اعوجاج کوپلینگ فضایی-زمانی، به ویژه اعوجاج جلوی پالس را حمل کند. شکل 1 (الف) جدایی مکانی-زمانی جبهه پالس و جبهه فاز ناشی از پراکندگی نقش پرتو را نشان می‌دهد، و اولی یک "شیب مکانی-زمانی" را نسبت به دومی نشان می‌دهد. مورد دیگر «انحنای فضا-زمان» پیچیده‌تر ناشی از سیستم عدسی است. شکل 1 (ب) اثرات جلوی پالس ایده‌آل، جلوی پالس شیبدار و جلوی پالس خمیده را بر اعوجاج فضایی - زمانی میدان نور روی هدف نشان می‌دهد. در نتیجه، شدت نور متمرکز تا حد زیادی کاهش می‌یابد، که برای کاربرد میدان قوی لیزر فوق‌العاده کوتاه مناسب نیست.

شکل 1 (الف) شیب جلوی پالس ناشی از منشور و توری، و (ب) تأثیر اعوجاج جلوی پالس بر میدان نور فضا-زمان روی هدف

کنترل سرعت پالس فوق قویلیزر اولترا کوتاه
در حال حاضر، پرتوهای بسل تولید شده توسط برهم نهی مخروطی امواج صفحه، ارزش کاربردی را در فیزیک لیزر میدان بالا نشان داده‌اند. اگر یک پرتو پالسی مخروطی روی هم دارای توزیع جلوی پالس متقارن باشد، آن‌گاه شدت مرکز هندسی بسته موج پرتو ایکس تولید شده همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است می‌تواند فوق‌شورایی ثابت، زیر نوری ثابت، ابر نوری شتاب‌گرفته و زیر نوری کاهش‌یافته باشد. حتی ترکیبی از آینه تغییر شکل پذیر و مدولاتور نور فضایی نوع فاز می تواند شکل فضایی-زمانی دلخواه جلوی پالس را ایجاد کند و سپس سرعت انتقال دلخواه قابل کنترل را تولید کند. اثر فیزیکی فوق و فناوری مدولاسیون آن می تواند "تحریف" جلوی پالس را به "کنترل" جلوی پالس تبدیل کند و سپس هدف تعدیل سرعت انتقال لیزر فوق کوتاه فوق العاده قوی را محقق کند.

شکل 2 (الف) ثابت سریعتر از نور، (ب) ثابت زیر نور، (ج) شتاب سریعتر از نور، و (د) پالسهای نور زیر نور کاهش سرعت تولید شده توسط برهم نهی در مرکز هندسی منطقه برهم نهی قرار دارند.

اگرچه کشف اعوجاج جلوی پالس زودتر از لیزر فوق کوتاه است، اما به طور گسترده ای با توسعه لیزر فوق العاده کوتاه مورد توجه قرار گرفته است. برای مدت طولانی، برای تحقق هدف اصلی لیزر فوق‌العاده کوتاه - شدت نور با فوکوس فوق‌العاده بالا، مفید نیست و محققان برای سرکوب یا حذف اعوجاج جلوی پالس‌های مختلف کار کرده‌اند. امروزه، زمانی که «اعوجاج جلوی پالس» به «کنترل جلوی پالس» تبدیل شده است، به تنظیم سرعت انتقال لیزر فوق‌العاده کوتاه دست یافته است و ابزار جدید و فرصت‌های جدیدی برای کاربرد لیزر فوق‌العاده کوتاه در فیزیک لیزر میدان بالا