Nylig har State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics ved Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) ved det kinesiske vitenskapsakademiet (CAS) gjort nye fremskritt innen terawatt syklusskala kortbølgegenerering av infrarød virvelpuls. Forskerteamet kombinerte en ny optisk feltmodulasjonsteknikk med optisk parametrisk chirped pulse amplification (OPCPA) for å realisere høyenergivirvellaserutgang. Basert på den kaskadede tynnfilms ikke-lineære puls-postkompresjonsteknikken, ble utgangen av kortbølgede infrarøde virvelpulser på terawatt-periodeskalaen realisert for første gang. Resultatene ble publisert i Ultrafast Science under tittelen "Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser".
Vortex-lys er en romlig strukturert stråle med en spiralformet bølgefront, som har blitt mye brukt i kvanteinformasjon, superoppløsningsmikroskopi og optisk pinsett på grunn av dens toroidale romlige intensitetsfordeling og dens karakteristiske trekk ved å bære orbital vinkelmoment. I tillegg kan kobling av orbital vinkelmomentum til ultra-intense ultrakorte lasere gi kraftig teknisk støtte og helt nye eksperimentelle midler for virvelsterkfeltfysikk og ikke-lineære virvelfenomener. Vortexlasere med høy intensitetsperiodeskala har et bredt spekter av bruksområder for å drive virvelpartikkelstråler og sekundær stråling (f.eks. isolerte attosekunder optiske virvler, terahertzvirvler). Genereringen av ultrakorte virvelpulser med høy intensitet er imidlertid fortsatt i det utforskende stadiet på grunn av vanskeligheten med å opprettholde virvelfasestrukturen for laserforsterkning og kompresjon.
Fig. 1 Diagram av forsøksoppsettet
Fig. 2 (a, c, e) Første-, andre- og tredjeordens vortex-punktkart av den forsterkede utgangen til OPCPA; (b, d, f) Kolonnelinsens fokale striper av virvelstrålen.
I denne studien realiserte forskerne en høyenergivirvellaserutgang på 1,45 μm ved å kombinere romlig fasemodulasjon med OPCPA-teknikk og verifiserte overføringsstabiliteten til utgangsvirvellaseren i rommet. Basert på den kaskadede tynnfilm post-puls kompresjonsteknikken, realiseres en terawatt-skala periodeskala kortbølget infrarød virvelpulsutgang på 13,7 mJ/10,59 fs for første gang uten å ødelegge virvelfasestrukturen. Denne ordningen kan gi teknisk støtte for ikke-lineære virvelfenomener og gi grunnlag for studiet av ultrarask orbital vinkelmomentfysikk.
Fig. 3 Tidsdomenemåling av den komprimerte virvelpulsen
