Szanghajski Instytut Mechaniki Optycznej poczynił nowe postępy w wytwarzaniu Terawatowych Impulsów Wirowych

Niedawno Państwowe Kluczowe Laboratorium Fizyki Laserów Silnego Pola w Szanghajskim Instytucie Optyki i Maszyn Precyzyjnych (SIPM) Chińskiej Akademii Nauk (CAS) poczyniło nowe postępy w generowaniu krótkofalowych impulsów wirowych w podczerwieni w skali terawatów. Zespół badawczy połączył nowatorską technikę modulacji pola optycznego z optycznym parametrycznym wzmacnianiem impulsów chirped (OPCPA), aby uzyskać wysokoenergetyczny sygnał wyjściowy lasera wirowego. W oparciu o technikę kaskadowej cienkowarstwowej nieliniowej kompresji po impulsie, po raz pierwszy uzyskano moc wyjściową krótkofalowych impulsów wirowych w podczerwieni w skali terawatów. Powiązane wyniki opublikowano w czasopiśmie Ultrafast Science pod tytułem „Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser”.
Światło wirowe to przestrzennie zorganizowana wiązka ze spiralnym czołem fali, która jest szeroko stosowana w informacji kwantowej, mikroskopii o super rozdzielczości i pęsecie optycznej ze względu na toroidalny przestrzenny rozkład natężenia i charakterystykę przenoszenia orbitalnego momentu pędu. Ponadto połączenie orbitalnego momentu pędu z ultraintensywnymi ultrakrótkimi laserami może zapewnić potężne wsparcie techniczne i zupełnie nowe środki eksperymentalne w zakresie fizyki silnego pola wirowego i nieliniowych zjawisk wirowych. Lasery wirowe o dużej skali okresowej mają szerokie zastosowanie w napędzaniu wiązek cząstek wirowych i promieniowania wtórnego (np. izolowane attosekundowe wiry optyczne, wiry terahercowe). Jednakże generowanie ultrakrótkich impulsów wirowych o dużej intensywności znajduje się nadal w fazie eksploracyjnej ze względu na trudności w utrzymaniu struktury fazy wirowej na potrzeby wzmacniania i kompresji lasera.

Ryc. 1 Układ eksperymentalny

Ryc. 2 (a, c, e) Mapy plam wirowych pierwszego, drugiego i trzeciego rzędu wzmocnionego sygnału wyjściowego OPCPA; (b, d, f) Paski ogniskowe soczewki kolumnowej wiązki wirowej.
W tym badaniu naukowcy uzyskali wysokoenergetyczną moc lasera wirowego o długości 1,45 μm, łącząc przestrzenną modulację fazy z techniką OPCPA i zweryfikowali stabilność transmisji wyjściowego lasera wirowego w przestrzeni. W oparciu o technikę kaskadowej cienkowarstwowej kompresji po impulsie, po raz pierwszy uzyskano krótkofalowy impuls wirowy w skali terawatów w skali okresowej o mocy 13,7 mJ/10,59 fs bez niszczenia struktury fazy wirowej. Program ten może zapewnić wsparcie techniczne dla nieliniowych zjawisk wirowych i stanowić podstawę do badań fizyki ultraszybkiego orbitalnego momentu pędu.

Rys. 3 Pomiar w dziedzinie czasu skompresowanego impulsu wirowego