Shanghai Institute of Optical Mechanics gjør nye fremskritt i Terawatt Vortex Pulse Generation

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 i terawatt-skala-skala generering av kortbølget 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 post-puls kompresjonsteknikken, har utgangen av kortbølgede infrarøde virvelpulser på terawatt-periodeskalaen blitt realisert for første gang. De relaterte resultatene ble publisert som "Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser" i Ultrafast Science.
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 Eksperimentell oppsett

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. Dette programmet kan gi teknisk støtte for ikke-lineære virvelfenomener, og gi grunnlag for studiet av ultrarask orbital vinkelmomentfysikk.

Fig. 3 Tidsdomenemåling av komprimert virvelpuls