Power vs aincheist leithead cuisle? An tonnfhoirm de 100 TW buaic -chumhacht a rialú 4.3 FS Sub - Pulsanna léasair bipolar trí shintéis allamuigh
Mar chroí -uirlis chun iniúchadh a dhéanamh ar stáit an ábhair agus ar phróisis dinimiciúla ultrafast, d'fhan FemTosecond Ultra - Teicneolaíocht Pulse Laser Gearr fós ina fhócas imeall - i optaic nua -aimseartha. Le déanaí, d'éirigh le foireann taighde idirnáisiúnta ó Ollscoil Umeå sa tSualainn agus Ionad Taighde ELI Alps san Ungáir an chumhacht a réiteach go rathúil - Pulse Leithead Trádála - i Ultra traidisiúnta - Córais Laser Laser Pulse Gearr (Córais Synactions Optúla Optúla Optúla Feabhsaithe Pulse Amplifted Pulse Amplifted. Bhain siad fo -aschur léasair timthriallta le bunchumhacht de 100 TW agus fad cuisle de 4.3 fs. Soláthraíonn an obair seo tacaíocht theicneolaíoch chriticiúil don chéad cheann eile - Giniúint Eolaíocht Attosecond, Fisic Plasma Léasair Choibhneasta, agus Optics Foircneach. Foilsíodh an staidéar, dar teideal "waveform {- sintéis allamuigh rialaithe fo -{- dhá phulsanna timthrialla ag an leibhéal 100 buaicphointe," san eagrán is déanaí de Nature Photonics.
Nuair a chomhlíonann "is giorra" "is láidre": an chumhacht a réiteach - Trádáil leithead cuisle - as
Tá dul chun cinn suntasach déanta ag teicneolaíocht léasair ultrafast le fiche nó tríocha bliain anuas, ag teacht chun cinn i dhá threo: ar lámh amháin, ag tabhairt faoi bhuaicchumhacht níos airde chun dálaí fisiciúla a chruthú; Ar an láimh eile, ag leanúint tréimhsí cuisle níos giorra chun réiteach ama níos airde a bhaint amach. Feidhmíonn na teorainneacha fisiciúla a bhaineann le córais léasair thraidisiúnta mar "dhlí caomhnaithe fuinnimh": chun bíoga níos giorra a bhaint amach, tá bandaleithead speictreach níos leithne ag teastáil, ach tá bandaleithead teoranta ag formhór na meán gnóthachain léasair; Chun cumhacht níos airde a bhaint amach, tá gá le faid aimplithe níos faide agus le stóráil fuinnimh níos mó, rud a chuireann teorainn le méid an chomhbhrú cuisle.
I gcomparáid le córais léasair sapphire thraidisiúnta tíotáiniam, tacaíonn teicneolaíocht aimpliú cuisle paraiméadrach optúil (OPCPA) le bandaleithead gnóthachain níos leithne, rud a fhágann gur féidir pulsanna rothaíochta a bhaint amach. Mar sin féin, chun aschur cumhachta 100 TW {- a bhaint amach go fírinneach, tá go leor dúshlán teicniúil ag teicneolaíocht OPCPA: conas aimpliú éifeachtach fuinnimh a bhaint amach agus ultra - bandaleithead leathan a choinneáil? Conas a chinntiú go mbeidh an chobhsaíocht fhada {- téarma na céime clúdaigh iompróra (CEP)? Conas codarsnacht ama atá sách ard a bhaint amach chun cur isteach réamh - cuisle a sheachaint?
Sa obair taighde seo, rinne an fhoireann údar nuálaíocht ó dhá threo: sintéis allamuigh chomhleanúnach agus dearadh feabhsaithe OPCPA, ag tabhairt aghaidh go córasach ar phríomhdhúshláin theicniúla amhail an chumhacht - Pulse leithead trádála - as cobhsaíocht chéimnithe, agus codarsnacht thraidisiúnta atá os comhair ultra traidisiúnta - Lasers.
Sintéis allamuigh chomhleanúnach agus dearadh feabhsaithe OPCPA
Chun fo -- bipolar ultra - a ghiniúint, is gá bandaleithead speictreach sách leathan a tháirgeadh ar dtús. D'fhostaigh an fhoireann teicneolaíocht shintéise allamuigh sraitheach, ag roinnt an raon speictrim iomlán (580–1020 nm) ina dhá réigiún chomhlántacha le haghaidh aimplithe ar leithligh, agus ina dhiaidh sin sintéis chomhtháite. Mar a thaispeántar i bhFigiúr 1, úsáideann córas sintéiseora tonn éadrom 100 (LWS100) córas trí - struchtúr OPCPA feabhsaithe. Cuimsíonn gach céim dhá aimplitheoir paraiméadrach optúla: ceann a phumpáiltear ag 532 nm an dara giniúint armónach, atá freagrach as an réigiún solais dearg a mhéadú (700–1020 nm); agus ceann eile a phumpáil an tríú armónach ag 355 nm, atá freagrach as an réigiún éadrom gorm a mhéadú (580-700 nm). Baineann an dearadh seo amach aimpliú deighilte, cosúil le hoiliúint a chur ar chodanna éagsúla de cheolfhoireann ar leithligh, ag cinntiú go bhfuil aimpliú éifeachtach ar gach comhpháirt speictreach agus ag an am céanna comhleanúnachas na céime idir comhpháirteanna minicíochta éagsúla.
Figiúr 1 Socrú an OPCPA feabhsaithe LWS100
Fostaíonn an córas - céim {- Bórón comhoiriúnaithe - criostail bairiam dopáilte (BBO) mar an meán neamhlíneach. Rinne an fhoireann taighde an chéim {- a rialú go beacht uillinn (θ {{}}} don réigiún solais ghoirm agus θ=23.73 céim don réigiún solais dearg) agus an uillinn neamh -- uillinn a chinntiú go mbeidh an t -aimplitheoireacht sioncronaithe ag an bhfear ag an bhfear éagsúil.
Figiúr 2 Tomhas Speictreach (A) agus Insamhladh (B) Éabhlóid sa LWS100
Léiríonn méadrachtaí il -shonraí feidhmíocht eisceachtúil an chórais
Díriú an -mhór agus déine ag dul chun cinn
The typical spectrum of the LWS100 on a linear scale is shown in Figure 3, with a central wavelength of 780 nm. The corresponding time intensity shown in Figure 3(b) has a full width at half maximum (FWHM) duration of 4.3 fs, equivalent to 1.67 optical cycles, thus approaching the Fourier limit within a 2–3% range. This short duration confirms coherent field synthesis from two spectral ranges at the 100 TW power level, where each range alone could only support longer pulses (>7 fs).
Figiúr 3 Saintréithe Speictrim, Tráthúil agus Spásúla an LWS100
Cobhsaíocht agus codarsnacht tonnfhoirm
Le haghaidh fo -- dúbailte - Pulsanna léasair rothaíochta, tá cobhsaíocht chéim an chlúdaigh iompróra (CEP) ríthábhachtach. Déanann CEP cur síos ar an ngaol céim choibhneasta idir an t -iompróir agus an clúdach, agus is féidir le fiú mionathruithe dul i bhfeidhm go mór ar phróiseas idirghníomhaíochta an léasair -. Ghlac an fhoireann le CEP éighníomhach - Dearadh deiridh cobhsaí - Dearadh, ag baint ghlasáil chéim nádúrtha amach tríd an bpróiseas giniúna minicíochta difríochta (DFG). Mar a léirítear i bhFíor 4, baineann an córas cobhsaíocht CEP le<100 mrad at the front end, and through feedback control, the overall system CEP stability reaches an excellent level of <300 mrad. During a continuous one-hour test, the system demonstrated outstanding long-term stability, with CEP drift consistently maintained within the 2π range, providing reliable assurance for attosecond science experiments requiring extremely high phase precision.
Figiúr 4 Cobhsaíocht agus codarsnacht an LWS100 Tonnfhoirm
Tá méadrach criticiúil eile le haghaidh córais léasair ard - cumhachta codarsnachta ama - An cóimheas déine idir an phríomh -chuisle agus an cuisle réamh -. Trí ailtireacht go hiomlán OPCPA agus trí leagan amach comhpháirtíochta optamaithe, baineann an córas codarsnacht ama amach níos mó ná 11 ordú méide. Go sonrach, trí Acoustto - Scagaire scaipthe in -ríomhchláraithe (Dazzler) a chur i ndiaidh an chéad aimplitheoir solais gorm, cuirtear giniúint fluaraiseachta paraiméadrach faoi chois go héifeachtach, rud a chuireann feabhas suntasach ar fheidhmíocht chodarsnachta an chórais.
Super ama - Rún
Cé go bhfuil fad cuisle de 4.3 fs gar don teorainn fhisiciúil cheana féin, léirigh an fhoireann freisin poitéinseal feidhmithe na teicneolaíochta réitigh ama -. Tríd an aimplitiúid a mhúnlú go speictreach agus comhpháirteanna speictrim a bhaint go roghnach sa raon 745–825 nm, laghdaíodh fad na cuisle go 3.7 fs, ag baint amach fíor-aschur cuisle fo-4 FS. Mar thoradh air sin, laghdaíodh an bhuaicchumhacht agus an déine buaic go 40% den chuisle bhunaidh, ach tá an leibhéal cumhachta 25 TW fós leordhóthanach chun tacú le turgnaimh speictreascópachta ultrafast agus Attosecond.
Figiúr 5: Rún Super - ag baint úsáide as LWS100 chun bíoga fo-4 FS a ghiniúint
Taispeánann an staidéar aimplitheoir cuisle paraiméadrach optúil feabhsaithe a sholáthraíonn fo -- dúbailte - Pulsanna timthrialla le rialú tonnfhoirm agus déine ultra -. Cumasaíonn sintéis allamuigh sraithuimhir aimpliú láidir an speictrim thar beagnach octave go joule {- fuinneamh leibhéal. Ar an mbealach seo, cruthaíodh cuisle leibhéal 100 TW - le fad 4.3 fs, cobhsaíocht CEP, agus cobhsaíocht RMS faoi bhun 300 MRAD. Luaigh údar an pháipéir, an tOllamh Laszlo Veisz ó Ollscoil Tromsø: "Tá an chéad cheann de na teicneolaíochta seo sa chéad cheann - riamh de 100 TW {- Cumhacht leibhéal le fo -- Biphasic Pulse Fad} i n -}}}}}}}}}} Tairiscintí a bhfuil an t -iar -thairiscint ag baint le h -}}}}}}}}}}}}}} Taothbhunaithe Taighde Taothraigh an Réimsí teorann amhail fisic attosecond, optaic neamhlíneach mhór, agus fisic phlasma choibhneasta. "
Thug an fhoireann taighde faoi deara go bhfuil inscálaitheacht fhéideartha ag an teicneolaíocht seo maidir le ráta athrá, bandaleithead, fad cuisle, agus fuinneamh (ag baint úsáide as criostail neamhlíneach eile le toisí cliathánacha níos mó). Sa todhchaí, trí shintéis sraithuimhir agus teicnící rialaithe scaipthe a fheabhsú, d'fhéadfadh sé a bheith indéanta fo -- a ghiniúint le bíog buaic petawatt.
