Ultra szybki laserdla nauki attosekundowej
Obecnie impulsy attosekundowe uzyskuje się głównie poprzez generację wyższych harmonicznych (HHG) za pomocą silnych pól. Istotę ich generacji można rozumieć jako jonizację, przyspieszanie i rekombinację elektronów za pomocą silnego pola elektrycznego lasera, co powoduje uwolnienie energii i emisję attosekundowych impulsów XUV.
Dlatego wyjście attosekundowe jest niezwykle wrażliwe na szerokość impulsu, energię, długość fali i częstotliwość powtarzania.laser napędowy(Ultraszybki laser): krótsza szerokość impulsu jest korzystna dla izolowania impulsów attosekundowych, wyższa energia poprawia jonizację i wydajność, dłuższa długość fali podnosi energię odcięcia, ale znacznie obniża wydajność konwersji, a wyższa częstotliwość repetycji poprawia stosunek sygnału do szumu, ale jest ograniczona przez energię pojedynczego impulsu. Różne zastosowania (takie jak mikroskopia elektronowa, spektroskopia absorpcyjna promieniowania rentgenowskiego, zliczanie koincydencji itp.) kładą różny nacisk na wskaźnik impulsu attosekundowego, co stawia zróżnicowane i kompleksowe wymagania dla laserów sterujących. Poprawa wydajności laserów sterujących ma kluczowe znaczenie dla zastosowań w nauce attosekundowej.
Cztery podstawowe technologie zwiększające wydajność laserów napędowych (ultraszybki laser)
1. Wyższa energia: Zaprojektowane w celu przezwyciężenia niskiej wydajności konwersji HHG i uzyskania wysokoprzepustowych impulsów attosekundowych. Ewolucja technologiczna przesunęła się od tradycyjnego wzmocnienia impulsów z ćwierkaniem (CPA) do rodziny optycznych wzmocnień parametrycznych, w tym optycznego parametrycznego wzmocnienia impulsów z ćwierkaniem (OPCPA), podwójnego wzmocnienia OPA z ćwierkaniem (DC-OPA), wzmocnienia OPA w dziedzinie częstotliwości (FOPA) i quasi-dopasowania fazowego OPCPA (QPCPA). Dalsze połączenie technik syntezy wiązki koherentnej (CBC) i wzmocnienia z rozdzieleniem impulsów (DPA) w celu przezwyciężenia fizycznych ograniczeń wzmacniaczy jednokanałowych, takich jak efekty termiczne i uszkodzenia nieliniowe, oraz uzyskania energii wyjściowej na poziomie Joule'a.
2. Krótsza szerokość impulsu: Zaprojektowany do generowania izolowanych impulsów attosekundowych, które mogą być wykorzystane do analizy dynamiki elektronicznej, wymagając niewielu lub nawet subokresowych impulsów sterujących oraz stabilnej fazy obwiedni nośnej (CEP). Główne technologie obejmują wykorzystanie nieliniowych technik postkompresji, takich jak światłowody z pustym rdzeniem (HCF), wielowarstwowe układy cienkowarstwowe (MPSC) i wnęki wielokanałowe (MPC), w celu kompresji szerokości impulsu do ekstremalnie krótkich długości. Stabilność CEP jest mierzona za pomocą interferometru f-2f i osiągana poprzez aktywne sprzężenie zwrotne/sprzężenie wyprzedzające (takie jak AOFS, AOPDF) lub pasywne, całkowicie optyczne mechanizmy samostabilizacji oparte na procesach różnic częstotliwości.
3. Dłuższa fala: Zaprojektowana w celu przesunięcia energii fotonów attosekundowych do pasma „okna wodnego” w celu obrazowania biocząsteczek. Trzy główne ścieżki technologiczne to:
Wzmocnienie parametryczne optyczne (OPA) i jego kaskada: Jest to główne rozwiązanie w zakresie długości fal 1-5 μm, wykorzystujące kryształy takie jak BiBO i MgO: LN; >Do pasma długości fal 5 μm wymagane są kryształy takie jak ZGP i LiGaS ₂.
Generacja częstotliwości różnicowej (DFG) i wewnątrzimpulsowa różnicowa częstotliwość (IPDFG): mogą zapewnić źródłom nasion pasywną stabilność CEP.
Technologia laserów bezpośrednich, taka jak lasery chalkogenkowe domieszkowane metalami przejściowymi Cr:ZnS/Se, jest znana jako „średniopodczerwona technologia tytanowo-szafirowa” i charakteryzuje się zwartą strukturą oraz wysoką wydajnością.
4. Wyższa częstotliwość powtarzania: ma na celu poprawę stosunku sygnału do szumu i wydajności akwizycji danych oraz wyeliminowanie ograniczeń związanych z efektami ładunku przestrzennego. Dwie główne ścieżki:
Technologia wnęk rezonansowych: wykorzystanie precyzyjnych wnęk rezonansowych w celu zwiększenia mocy szczytowej powtarzających się impulsów częstotliwości na poziomie megaherców do napędzania HHG zostało zastosowane w takich dziedzinach, jak grzebienie częstotliwości XUV, jednak generowanie izolowanych impulsów attosekundowych nadal stwarza wyzwania.
Wysoka częstotliwość powtarzania ilaser dużej mocynapęd bezpośredni, obejmujący OPCPA, światłowodowy CPA w połączeniu z nieliniową kompresją końcową i oscylatorem cienkowarstwowym, pozwolił na generowanie izolowanych impulsów attosekundowych z częstotliwością powtarzania 100 kHz.
Czas publikacji: 16 marca 2026 r.