走向亚南级激光器：下一代超激光激光器的新概念

时间：2021-12-27 17:52:02 来源：

exawatt级激光的概念。

来自大阪大学的研究人员为下一代超强激光提出了一种概念，可能会增加10棵PETAWATTS到500个PETAWATT的当前记录。

具有超短脉冲和超高能量的超强度激光器是借助着名的技术“啁啾脉冲放大（CPA）”（2018年诺贝尔奖）在物理，宇宙学，材料科学等中探索物理，宇宙学，物质科学等的未知工具。物理学），目前的记录已达到10蒲蒲（或10 ^ 16瓦）。在一项研究中，最近发表在科学报告中，大阪大学的研究人员提出了下一代超激光激光器的概念，其模拟峰值电源直到exawatt级别（1 exawatt等于1000 betawatts）。

由1960年由T.H.Maiman博士发明的激光具有高强度（或脉冲激光器高峰功率）的一个重要特征：历史上，激光峰值功率经历了两阶段开发。刚刚在激光诞生后，Q开关和模式锁定技术将激光峰值电源增加到千瓦（10 ^ 3瓦）和千瓦（10 ^ 9瓦）水平。在1985年由GérardMourou和Donna Strickland发明的CPA技术，避免了材料损坏和光学非线性，激光峰值功率大大增加到Terawatt（10 ^ 12瓦）和PetAwatt（10 ^ 15瓦）水平。如今，欧洲（Eli-NP激光器）和中国（Sulf激光）分别证明了两个10-Petawatt CPA激光器。

目前，世界各地的Petawatt激光的设施规模非常大，项目投资也很高。未来超强激光器的下一步是通过压缩脉冲持续时间而不是增加脉冲能量来进一步提高峰值功率。

在他们以前的一项研究中（OSA Continuum，Doi：10.1364 / OSAC.2.001125），该组开发了一种新设计，“广角非共线光学参数啁啾脉冲放大（WNOPCPA），”增加放大频谱并相应地减少压缩脉冲。WNOPCPA的关键机制是通过使用多梁泵来增加整体带宽，这对应于不同的放大光谱。“然而，除了诱导可能的损坏之外，泵干扰是将WnoPCPA应用于一个巨大项目的潜在问题，”Zhaoyang Li Zhaoyang Li解释说。

在这种新改进的设计中，通过使用双光束泵浦WNOPCPA和仔细优化相位匹配，完全避免泵干扰，完成具有两个广谱的超宽带带宽，从而导致<10 fs高能激光放大。当该激光器与后压缩技术结合时，由非线性效应引起的光谱展宽明显增强，并且模拟显示最高峰值功率的记录可以被推到exawatt类。

“这种设计具有两个优点：一种是WNOPCPA的超宽带扩增，另一个是在压缩后的非线性光谱扩展。该研究可以提供进一步增加激光峰值的可能方法，甚至可以达到亚太岛的课程，“Zhaoyang Li说。

参考：模拟Zhaoyang Li，Yoshiaki Kato和Junji Kawanaka，1月2021年1月8日的科学报告的
超宽带概念.DOI：10.1038 / s41598-020-80435-6

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