Uppfinningen av den chirped pulse amplification-tekniken av Strickland och Mourou 1985 har ökat toppeffekten hos ultrakorta laserpulser till en aldrig tidigare skådad nivå, som har funnit breda tillämpningar inom grundläggande vetenskap, industri och medicin. Dock, sådana högeffektlasrar erhålls vanligtvis vid den nära-infraröda våglängden på cirka 0,8 mikron. Förlängningen till det mellaninfraröda bandet (2-20 mikron) är av stort intresse för bredare tillämpningar. För närvarande, genereringen av medelinfraröda laserpulser baserade på konventionell optisk teknologi begränsas av frekvensbandbredden, energivinst, och skadetröskel för de optiska kristallerna, vilket gör det utmanande att uppnå högintensiva lågcykel-medelinfraröda laserpulser.

I en ny tidning publicerad i Ljus:Vetenskap och tillämpning , forskare från Shanghai Jiao Tong University, Kina och University of Strathclyde, Storbritannien föreslog ett nytt schema för att effektivt generera medelinfraröda ljuspulser av nästan enstaka cykel med några millijoule i energi genom användning av ett plasmamedium. Detta schema använder två terawatt-nivå kortpulslasrar initialt med en våglängd på ~0,8 mikrometer, som faller in i en undertät plasmakanal med en viss tidsfördröjning. En av dem används som en drivande laser för att excitera ett laservakefält i plasman, som visas som några rörliga plasmadensitetsbubblor bakom drivpulsen. En annan laserpuls när signalpulsen fortplantar sig tillsammans med drivpulsen med en viss tidsfördröjning, så att den laddas vid huvudpositionen för den andra plasmabubblan. Denna signalpuls moduleras av plasmabubblan och dess frekvens kommer att skiftas ned snabbt. Efter ett utbredningsavstånd på cirka 2 millimeter, den omvandlas effektivt till en nästan encykels mellaninfraröd ljuspuls med en centrumvåglängd på cirka 5 mikron, och dess omvandlingseffektivitet är så hög som cirka 30 %.

"En intressant aspekt av vårt schema är att de erhållna mid-infraröda pulsparametrarna, inklusive pulsenergi, central våglängd, Pulsvaraktighet, bärarfas, och till och med polariseringstillstånd, kan avstämmas genom att ändra parametrarna för den infallande laserpulsen och plasman, " sa Zheng-Ming Sheng, en av tidningens huvudförfattare.

"Jämfört med traditionella optiska kristallmaterial, plasmabaserade optiska metoder kan upprätthålla laserpulser med extremt hög effekt och intensitet, " tillade Su-Ming Weng, en annan huvudförfattare till tidningen. "Detta gör den plasmabaserade optiska metoden unik vid manipulering av ultrakorta högeffektlasrar."

"Vårt schema kan realiseras på ett lasersystem med en kilohertz-repetitionshastighet, vilket ger en stabil och effektiv metod för att generera mellaninfraröda ljuspulser med millijoule, relativistisk intensitet, och nästan en cykel för breda applikationer, " sa Jie Zhang, en av medförfattarna, programledaren för laserplasma vid Shanghai Jiao Tong University.