Fokusering af ultra-intense lasere til en enkelt bølgelængde

Ultra-intense ultrakorte lasere er kraftfulde værktøjer, der bruges inden for forskellige områder som fysik, national sikkerhed, industri og sundhedspleje. De hjælper forskere med at dykke ned i stærkt felt laserfysik, laserdrevne strålingskilder, partikelacceleration og meget mere.

"Peak power" måler intensiteten af ​​disse lasere, som Nova-laseren (Lawrence Livermore National Laboratory, Californien, USA) med 1,5 petawatt spidseffekt, Shanghai Super-intense Ultrafast Laser Facility (SULF, Kina) med 10 petawatt, eller den ekstreme lysinfrastruktur – kernefysik (ELI-NP, Rumænien) med en spidseffekt på 10 petawatt.

Det, der virkelig betyder noget i eksperimenter, er den fokuserede intensitet på målet. Laserne er fokuseret på eksperimentelle mål ved hjælp af off-akse parabolske spejle. Den fokuserede intensitet, ikke spidseffekt, afspejler laserens kapacitet og er afgørende for brugerne.

Forbedret fokus med hyperbolske spejle

I øjeblikket er stråleåbningen for disse lasere 150 til 500 mm, og F-tallet (relateret til fokuseringsevne) er 2 til 10. Tilføjelse af et roterende hyperbolsk spejl efter parabolen kan reducere F-tallet og dermed brændpunktet størrelse betydeligt.

Som rapporteret i Advanced Photonics Nexus , kan denne sekundære fokuseringsmetode reducere F-tallet med en faktor på 5, hvilket derefter reducerer brændpunktsstørrelsen af ​​den ultraintense ultrakorte laser til en enkeltbølgelængdestørrelse.

Den korresponderende forfatter Zhaoyang Li fra Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (Kina), bemærker, at denne teknik muliggør det mindst mulige brændpunkt:"Brug af hyperbolske spejle til sekundær fokusering kan reducere fokalen. spot af vores ultra-intense ultrakorte lasere fra en størrelse med flere bølgelængder til kun en størrelse med en enkelt bølgelængde, hvilket opnår det mindst mulige brændpunkt."

Li og hans team rapporterer, at enkeltbølgelængde brændpunkter kan opnås ved at tilføje et optimeret roterende hyperbolsk spejl til nuværende femtosekund petawatt-klasse lasere eller fremtidige single-cycle petawatt-klasse lasere.

"I kombination med vores tidligere foreslåede Wide-angle Non-collinear Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (WNOPCPA) metode, forventes det at nå den højeste intensitetstilstand af en ultra-intens ultrakort laserfacilitet, der fokuserer al laserenergi til en spatiotemporal fokal terning kantet af laserens centrumbølgelængde Dette vil dramatisk forbedre den eksperimentelle kapacitet af ultra-intense ultrakorte lasere i anvendelsen af ​​stærkt felt laserfysik, såsom vakuum kvanteelektrodynamik," siger Li.

Flere oplysninger: Zhaoyang Li et al., Enkeltbølgelængdestørrelsesfokusering af ultra-intense ultrakorte lasere med roterende hyperbolske spejle, Advanced Photonics Nexus (2024). DOI:10.1117/1.APN.3.3.036002

Leveret af SPIE