Ultraintensiva ultrakorta lasrar är kraftfulla verktyg som används inom olika områden som fysik, nationell säkerhet, industri och hälsovård. De hjälper forskare att fördjupa sig i starkfältslaserfysik, laserdrivna strålningskällor, partikelacceleration och mer.
"Peak power" mäter intensiteten hos dessa lasrar, som Nova-lasern (Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, USA) med 1,5 petawatt toppeffekt, Shanghai Super-intense Ultrafast Laser Facility (SULF, Kina) med 10 petawatt, eller extremljusinfrastrukturen – kärnfysik (ELI-NP, Rumänien) med en toppeffekt på 10 petawatt.
Men vad som verkligen betyder något i experiment är den fokuserade intensiteten på målet. Lasrarna är fokuserade på experimentella mål med hjälp av off-axis paraboliska speglar. Den fokuserade intensiteten, inte toppeffekten, speglar laserns förmåga och är avgörande för användarna.
För närvarande är strålöppningen för dessa lasrar 150 till 500 mm, och F-numret (relaterat till fokuseringsförmågan) är 2 till 10. Lägga till en roterande hyperbolisk spegel efter den paraboliska kan minska F-talet och därmed brännpunkten storlek betydligt.
Som rapporterats i Advanced Photonics Nexus , kan denna sekundära fokuseringsmetod reducera F-talet med en faktor 5, vilket sedan reducerar brännpunktsstorleken för den ultraintensiva ultrakorta lasern till en enkelvåglängdsstorlek.
Motsvarande författare Zhaoyang Li från Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (Kina), noterar att den här tekniken möjliggör minsta möjliga brännpunkt:"Att använda hyperboliska speglar för sekundär fokusering kan minska fokalen fläck av våra ultraintensiva ultrakorta lasrar från en storlek med flera våglängder till en storlek med en enda våglängd, vilket ger den minsta möjliga brännpunkten."
Li och hans team rapporterar att brännpunkter med en våglängd kan uppnås genom att lägga till en optimerad roterande hyperbolisk spegel till nuvarande femtosekunds petawatt-klasslasrar eller framtida petawattklasslasrar med en cykel.
"I kombination med vår tidigare föreslagna vidvinkel icke-kollinjära optiska parametriska chirped pulsförstärkningsmetod (WNOPCPA) förväntas den nå det högsta intensitetstillståndet för en ultraintensiv ultrakort laseranläggning, som fokuserar all laserenergi till en spatiotemporal fokal kub kantad av laserns centrumvåglängd Detta kommer att dramatiskt förbättra den experimentella förmågan hos ultraintensiva ultrakorta lasrar vid tillämpningen av starkfältslaserfysik, såsom vakuumkvantelektrodynamik, säger Li.
Mer information: Zhaoyang Li et al, Enkelvåglängdsstorleksfokusering av ultraintensiva ultrakorta lasrar med roterande hyperboliska speglar, Advanced Photonics Nexus (2024). DOI:10.1117/1.APN.3.3.036002
Tillhandahålls av SPIE
