Ултра бърз лазерза атосекундна наука
Понастоящем атосекундните импулси се получават главно чрез генериране на хармоници от висок порядък (HHG), задвижвани от силни полета. Същността на тяхното генериране може да се разбере като йонизиране, ускоряване и рекомбинация на електрони от силно лазерно електрическо поле, за да се освободи енергия, като по този начин се излъчват атосекундни XUV импулси.
Следователно, атосекундният изход е изключително чувствителен към ширината на импулса, енергията, дължината на вълната и честотата на повторение налазерно задвижване(Свръхбърз лазер): по-късата ширина на импулса е полезна за изолиране на атосекундни импулси, по-високата енергия подобрява йонизацията и ефективността, по-дългата дължина на вълната повишава енергията на сключване, но значително намалява ефективността на преобразуване, а по-високата честота на повторение подобрява съотношението сигнал/шум, но е ограничена от енергията на единичния импулс. Различните приложения (като електронна микроскопия, рентгенова абсорбционна спектроскопия, броене на съвпадения и др.) имат различен акцент върху индекса на атосекундните импулси, което поставя диференцирани и всеобхватни изисквания за задвижващите лазери. Подобряването на производителността на задвижващите лазери е от решаващо значение за използването им в атосекундната наука.
Четири основни технологични маршрута за подобряване на производителността на управляващите лазери (ултра бърз лазер)
1. По-висока енергия: Проектирани за преодоляване на ниската ефективност на преобразуване на HHG и получаване на високопроизводителни атосекундни импулси. Технологичната еволюция се е изместила от традиционното усилване на чирпирани импулси (CPA) към семейството оптични параметрични усилвания, включително оптично параметрично усилване на чирпирани импулси (OPCPA), двойно чирпирано OPA (DC-OPA), OPA в честотна област (FOPA) и квазифазово съгласуване OPCPA (QPCPA). Допълнително комбиниране на техники за синтез на кохерентен лъч (CBC) и усилване с разделяне на импулсите (DPA) за преодоляване на физическите ограничения на едноканалните усилватели, като например термични ефекти и нелинейни повреди, и постигане на енергиен изход на ниво Джауле.
2. По-къса ширина на импулса: Проектирани за генериране на изолирани атосекундни импулси, които могат да се използват за анализ на електронната динамика, изискващи малко или дори субпериодични управляващи импулси и стабилна фаза на носещата обвивка (CEP). Основните технологии включват използване на нелинейни техники за посткомпресия, като например кухо сърцевинно влакно (HCF), многотънък филм (MPSC) и многоканална кухина (MPC) за компресиране на ширината на импулса до изключително кратки дължини. Стабилността на CEP се измерва с помощта на f-2f интерферометър и се постига чрез активна обратна връзка/предварителна връзка (като AOFS, AOPDF) или пасивни изцяло оптични механизми за самостабилизация, базирани на процеси на честотна разлика.
3. По-голяма дължина на вълната: Проектирана да изтласка атосекундната фотонна енергия към лентата „воден прозорец“ за изобразяване на биомолекули. Трите основни технологични пътя са:
Оптично параметрично усилване (OPA) и неговата каскада: Това е основното решение в диапазона на дължините на вълните 1-5 μm, използващо кристали като BiBO и MgO:LN; > За диапазона на дължината на вълната 5 μm са необходими кристали като ZGP и LiGaS₂.
Генериране на диференциална честота (DFG) и вътрешноимпулсна диференциална честота (IPDFG): могат да осигурят пасивна CEP стабилност на източниците на семена.
Технологията за директен лазер, като например лазерите с халкогениди, легирани с преходни метали Cr: ZnS/Se, е известна като „средноинфрачервен титаниев сапфир“ и има предимствата на компактна структура и висока ефективност.
4. По-висока честота на повторение: насочена към подобряване на съотношението сигнал/шум и ефективността на събиране на данни, както и към справяне с ограниченията на ефектите на пространствения заряд. Два основни пътя:
Технология на резонансно подобрени кухини: използването на високопрецизни резонансни кухини за повишаване на пиковата мощност на повтарящи се честотни импулси на ниво мегагерц за задвижване на високовисоко ниво на изгорели газове (HHG) е било прилагано в области като XUV честотни гребени, но генерирането на изолирани атосекундни импулси все още представлява предизвикателство.
Висока честота на повторение ивисокомощен лазерДиректното задвижване, включително OPCPA, оптичен CPA, комбиниран с нелинейна посткомпресия, и тънкослоен осцилатор, е постигнало генериране на изолирани атосекундни импулси с честота на повторение от 100 kHz.
Време на публикуване: 16 март 2026 г.