Laser ultra-rapidpentru știința atosecundelor
În prezent, impulsurile atosecunde sunt obținute în principal prin generarea de armonice de ordin superior (HHG) acționate de câmpuri puternice. Esența generării lor poate fi înțeleasă ca electronii care sunt ionizați, accelerați și recombinați de un câmp electric laser puternic pentru a elibera energie, emițând astfel impulsuri XUV atosecunde.
Prin urmare, ieșirea în atosecunde este extrem de sensibilă la lățimea impulsului, energie, lungime de undă și rata de repetiție a acestuia.conducerea laserului(Laser ultrarapid): o lățime mai scurtă a impulsurilor este benefică pentru izolarea impulsurilor de atosecundă, o energie mai mare îmbunătățește ionizarea și eficiența, o lungime de undă mai mare crește energia de tăiere, dar reduce semnificativ eficiența conversiei, iar o rată de repetiție mai mare îmbunătățește raportul semnal-zgomot, dar este limitată de energia unui singur impuls. Diferite aplicații (cum ar fi microscopia electronică, spectroscopia de absorbție cu raze X, numărarea coincidențelor etc.) au accente diferite asupra indicelui impulsurilor de atosecundă, ceea ce impune cerințe diferențiate și cuprinzătoare pentru acționarea laserelor. Îmbunătățirea performanței acționării laserelor este crucială pentru utilizarea în știința atosecundelor.
Patru rute tehnologice de bază pentru îmbunătățirea performanței laserelor de acționare (laser ultrarapid)
1. Energie mai mare: Conceput pentru a depăși eficiența scăzută de conversie a HHG și pentru a obține impulsuri atosecunde de mare randament. Evoluția tehnologică a trecut de la amplificarea tradițională a impulsurilor cu ciripire (CPA) la familia de amplificare parametrică optică, inclusiv amplificarea impulsurilor cu ciripire parametrică optică (OPCPA), OPA cu ciripire duală (DC-OPA), OPA în domeniul frecvenței (FOPA) și OPCPA cu potrivire cvasi-fază (QPCPA). Combinând în continuare tehnicile de sinteză cu fascicul coerent (CBC) și amplificarea cu divizare a impulsurilor (DPA) pentru a depăși limitările fizice ale amplificatoarelor cu un singur canal, cum ar fi efectele termice și deteriorarea neliniară, și pentru a obține o energie de ieșire la nivel Joule.
2. Lățime a impulsului mai scurtă: Concepută pentru a genera impulsuri izolate de ordinul atosecundelor care pot fi utilizate pentru a analiza dinamica electronică, necesitând impulsuri de comandă puține sau chiar subperiodice și o fază stabilă a anvelopei purtătorului (CEP). Principalele tehnologii includ utilizarea tehnicilor de post-compresie neliniară, cum ar fi fibra cu miez gol (HCF), pelicula multi-subțire (MPSC) și cavitatea multi-canal (MPC), pentru a comprima lățimea impulsului la lungimi extrem de scurte. Stabilitatea CEP este măsurată folosind un interferometru f-2f și este obținută prin feedback/feedforward activ (cum ar fi AOFS, AOPDF) sau mecanisme pasive de autostabilizare optică bazate pe procese de diferență de frecvență.
3. Lungime de undă mai mare: Concepută pentru a împinge energia fotonică de ordinul atosecundelor către banda „fereastră de apă” pentru imagistica biomoleculelor. Cele trei căi tehnologice principale sunt:
Amplificarea parametrică optică (OPA) și cascada sa: Este soluția principală în intervalul de lungimi de undă de 1-5 μm, utilizând cristale precum BiBO₃ și MgO:LN; >Cristale precum ZGP și LiGaS₂ sunt necesare pentru banda de lungimi de undă de 5 μm.
Generarea de frecvență diferențială (DFG) și frecvența diferențială intra-puls (IPDFG): pot furniza surse de semințe cu stabilitate CEP pasivă.
Tehnologia laser directă, cum ar fi laserele calcogenură dopate cu metale de tranziție Cr:ZnS/Se, este cunoscută sub numele de „safir de titan în infraroșu mediu” și are avantajele structurii compacte și ale eficienței ridicate.
4. Rată de repetiție mai mare: vizează îmbunătățirea raportului semnal-zgomot și a eficienței achiziției de date și abordarea limitărilor efectelor sarcinii spațiale. Două căi principale:
Tehnologia cavității îmbunătățite prin rezonanță: utilizarea cavităților rezonante de înaltă precizie pentru a spori puterea de vârf a impulsurilor de frecvență repetitivă la nivel de megaherți pentru a acționa HHG, a fost aplicată în domenii precum pieptenii de frecvență XUV, dar generarea de impulsuri izolate de atosecundă prezintă încă provocări.
Rată mare de repetiție șilaser de mare putereAcționarea directă, inclusiv OPCPA, CPA cu fibră combinată cu post-compresie neliniară și oscilator cu peliculă subțire, a realizat generarea de impulsuri izolate de atosecunde la o rată de repetiție de 100 kHz.
Data publicării: 16 martie 2026