极其强大的光脉冲的新指南

【蜂耘网   激光光学】1960年激光器的首次演示很快催生了一个新的研究领域：非线性光学。受激发射的独特相干特性是激光辐射的基本物理过程，其强度比非相干源的强度高出许多数量级。高强度驱动电子如此强烈，以至于它们以与驱动光场不同的频率振荡。随后的偶极子发射可以非常丰富多彩。几十年来，光纤或激光细丝一直被用作波导，以最大限度地提高这种效果并产生极宽带的光脉冲。

艺术家对产生宽带光脉冲的新方案的看法：一个近乎单色的激光脉冲进入一个由两个聚焦镜组成的所谓的多通电池。此外，细胞中存在玻璃板的组装，这导致光谱的扩大，并且还呈现出一系列透镜。传出脉冲具有更宽的光谱。图片来源：超快科学

但是，如果激光脉冲携带过多的能量，光纤会受到损坏，光丝破裂，从而失去激光辐射的独特空间特性。来自德国汉堡的德国电子同步加速器DESY和德国耶拿亥姆霍兹研究所的研究人员现在已经报告了一种以能量可扩展的方式引导光的新方法。通过使用两个重新聚焦的反射镜和细的非线性玻璃窗的仔细间距来实现导向。

科学家们最近在《超快科学》（Ultrafast Science）杂志上发表的一篇论文中报告说，在这种设置中，光脉冲获得的带宽是其初始带宽的30倍以上，因此可以被相同的因素压缩。这缩短了它们的持续时间，并大大增加了它们的峰值功率。值得注意的是，这些实验是用激光脉冲进行的，激光脉冲比玻璃纤维中的峰值功率极限高出40倍。然而，尽管总共传播了大约40厘米的玻璃，光束质量和脉冲能量仍然很高。“我们优雅地结合了两种最近的方法来扩展超短脉冲的带宽。然而，光学设置非常简单。我们在光谱加宽方案中使用的所有光学器件都是库存项目。这和出色的噪声特性使我们的方法广泛适用，“该出版物的主要作者Marcus Seidel博士说。

DESY和耶拿亥姆霍兹研究所的初级组长Christoph Heyl博士补充说：“超快激光技术有一个明显的趋势，即高平均功率源通常只能提供皮秒级持续时间的脉冲。我们的方法提供了一种节能，尺寸和成本效益的方法，将这些激光器转换为脉冲源，持续时间仅为数十飞秒，峰值功率为千兆瓦。

飞秒状态是分子运动的时间尺度，可以用超短脉冲跟踪和操纵。此外，飞秒脉冲太快，无法在电离后产生热量。这在激光材料加工中得到了广泛的利用。脉冲压缩方法已经在DESY的自由电子激光设施FLASH中使用了几个月。它使科学家能够精确地拍摄新型量子材料中分子动力学的快照。

“我们的设施用户对它非常满意，”Seidel博士说，展望未来：“当然，如果这项技术能够在DESY和世界上许多其他机构进行尖端科学实验，我们会很高兴。

Heyl博士的团队最近发表了模拟，展示了所演示的太瓦峰值功率和焦耳级脉冲能量方法的扩展。实施这种能源升级实验将为全新的应用打开大门。

“光谱加宽和脉冲压缩已被2018年诺贝尔奖获得者Gérard Mourou确定为推进强场物理学的关键方法，”Heyl博士说。“有了新技术，他的预测可能会成形。我们已经在我们的实验室中建立了第一个紧凑型多通路细胞粒子加速器。我们预计这一概念也会对未来的放射治疗产生影响，甚至可能对基于激光的融合产生影响。

（蜂耘激光光学网   责任编辑：行云）