Ultra rýchly laserpre atosekundovú vedu
V súčasnosti sa atosekundové impulzy získavajú prevažne generovaním harmonických zložiek vyššieho rádu (HHG) riadených silnými poľami. Podstatu ich generovania možno chápať ako ionizáciu, urýchľovanie a rekombináciu elektrónov silným laserovým elektrickým poľom, čím sa uvoľňuje energia, čím sa emitujú atosekundové XUV impulzy.
Preto je atosekundový výstup extrémne citlivý na šírku impulzu, energiu, vlnovú dĺžku a opakovaciu frekvenciuriadiaci laser(Ultra rýchly laser): kratšia šírka impulzu je výhodná na izoláciu atosekundových impulzov, vyššia energia zlepšuje ionizáciu a účinnosť, dlhšia vlnová dĺžka zvyšuje medznú energiu, ale výrazne znižuje účinnosť konverzie a vyššia opakovacia frekvencia zlepšuje pomer signálu k šumu, ale je obmedzená energiou jedného impulzu. Rôzne aplikácie (ako napríklad elektrónová mikroskopia, röntgenová absorpčná spektroskopia, počítanie koincidencií atď.) kladú rôzne dôrazy na index atosekundových impulzov, čo kladie diferencované a komplexné požiadavky na budiace lasery. Zlepšenie výkonu budiacich laserov je kľúčové pre použitie v atosekundovej vede.
Štyri hlavné technologické cesty na zvýšenie výkonu riadiacich laserov (ultra rýchly laser)
1. Vyššia energia: Navrhnuté na prekonanie nízkej účinnosti konverzie HHG a dosiahnutie vysokovýkonných atosekundových impulzov. Technologický vývoj sa posunul od tradičného zosilňovania cvrlikajúcich impulzov (CPA) k rodine optických parametrických zosilňovačov, vrátane optického parametrického zosilňovania cvrlikajúcich impulzov (OPCPA), duálneho cvrlikajúceho OPA (DC-OPA), OPA vo frekvenčnej doméne (FOPA) a kvázi fázového prispôsobovania OPCPA (QPCPA). Ďalšia kombinácia syntetických techník syntézy koherentného lúča (CBC) a zosilňovania delením impulzov (DPA) na prekonanie fyzikálnych obmedzení jednokanálových zosilňovačov, ako sú tepelné efekty a nelineárne poškodenie, a dosiahnutie energetického výstupu na úrovni Joule.
2. Kratšia šírka impulzu: Navrhnuté na generovanie izolovaných atosekundových impulzov, ktoré možno použiť na analýzu elektronickej dynamiky, vyžadujúce málo alebo dokonca subperiodické budiace impulzy a stabilnú fázu obálky nosiča (CEP). Medzi hlavné technológie patrí použitie nelineárnych postkompresných techník, ako sú duté vlákno (HCF), viacvrstvové tenké vrstvy (MPSC) a viackanálová dutina (MPC), na kompresiu šírky impulzu na extrémne krátke dĺžky. Stabilita CEP sa meria pomocou interferometra f-2f a dosahuje sa aktívnou spätnou väzbou/doprednou väzbou (ako napríklad AOFS, AOPDF) alebo pasívnymi plne optickými mechanizmami samostabilizácie založenými na procesoch frekvenčného rozdielu.
3. Dlhšia vlnová dĺžka: Navrhnutá na posunutie energie fotónov v atosekundovom rozsahu do pásma „vodného okna“ pre zobrazovanie biomolekúl. Tri hlavné technologické cesty sú:
Optická parametrická amplifikácia (OPA) a jej kaskáda: Je to hlavné riešenie v rozsahu vlnových dĺžok 1 – 5 μm s použitím kryštálov ako BiBO3 a MgO:LN; > Pre pásmo vlnových dĺžok 5 μm sú potrebné kryštály ako ZGP a LiGaS₂.
Generovanie diferenciálnej frekvencie (DFG) a intrapulzná diferenciálna frekvencia (IPDFG): môžu poskytnúť zdroje semien s pasívnou stabilitou CEP.
Technológia priameho laseru, ako napríklad chalkogenidové lasery dopované prechodnými kovmi Cr: ZnS/Se, je známa ako „titánový zafír v strednom infračervenom spektre“ a má výhody kompaktnej štruktúry a vysokej účinnosti.
4. Vyššia opakovacia frekvencia: zameraná na zlepšenie pomeru signálu k šumu a efektívnosti získavania údajov a riešenie obmedzení efektov priestorového náboja. Dve hlavné cesty:
Technológia rezonančných dutín so zvýšenou rezonanciou: použitie vysoko presných rezonančných dutín na zvýšenie špičkového výkonu opakujúcich sa frekvenčných impulzov na úrovni megahertzov na riadenie HHG sa uplatňuje v oblastiach, ako sú hrebene frekvencií XUV, ale generovanie izolovaných atosekundových impulzov stále predstavuje výzvu.
Vysoká miera opakovania avysokovýkonný laserPriamy pohon vrátane OPCPA, vláknového CPA v kombinácii s nelineárnou postkompresiou a tenkovrstvového oscilátora dosiahol generovanie izolovaných atosekundových impulzov s opakovacou frekvenciou 100 kHz.
Čas uverejnenia: 16. marca 2026