Šangajski institut za optičku mehaniku pravi novi napredak u stvaranju teravatnih vrtložnih impulsa

Nedavno je Državna ključna laboratorija za fiziku lasera jakog polja na Šangajskom institutu za optiku i precizne mašine (SIPM) Kineske akademije nauka (CAS) postigla novi napredak u generisanju kratkotalasnih infracrvenih vrtložnih impulsa na teravatnoj skali. Istraživački tim je kombinovao novu tehniku ​​modulacije optičkog polja sa optičkim parametarskim pojačanjem impulsa (OPCPA) kako bi se realizovao visokoenergetski vrtložni laserski izlaz. Na osnovu tehnike kaskadne nelinearne post-pulsne kompresije, po prvi put je realizovan izlaz kratkotalasnih infracrvenih vrtložnih impulsa na skali teravatnog perioda. Povezani rezultati su objavljeni kao "Terawatt-Class nekoliko ciklusa kratkotalasnog infracrvenog vrtložnog lasera" u Ultrafast Science.
Vrtložna svjetlost je prostorno strukturirani snop sa spiralnim valnim frontom, koji se naširoko koristi u kvantnim informacijama, mikroskopiji super-rezolucije i optičkim pincetama zbog svoje toroidalne raspodjele prostornog intenziteta i svoje karakteristike prenošenja orbitalnog kutnog momenta. Osim toga, spajanje orbitalnog kutnog momenta u ultra-intenzivne ultrakratke lasere može pružiti moćnu tehničku podršku i potpuno nova eksperimentalna sredstva za fiziku jakog polja vrtloga i nelinearne vrtložne fenomene. Vrtložni laseri skale perioda visokog intenziteta imaju širok spektar primjena u pokretanju snopa vrtložnih čestica i sekundarnog zračenja (npr. izolirani attosekundni optički vrtlozi, teraherc vrtlozi). Međutim, stvaranje ultrakratkih vrtložnih impulsa visokog intenziteta je još uvijek u fazi istraživanja zbog poteškoća u održavanju strukture vrtložne faze za lasersko pojačanje i kompresiju.

Slika 1 Eksperimentalna postavka

Slika 2 (a, c, e) Mape vorteks spotova prvog, drugog i trećeg reda pojačanog izlaza OPCPA; (b, d, f) Fokalne trake sočiva stuba vrtložnog snopa.
U ovoj studiji, istraživači su realizovali visokoenergetski vorteks laserski izlaz od 1,45 μm kombinovanjem prostorne fazne modulacije sa OPCPA tehnikom i verifikovali stabilnost prenosa izlaznog vrtložnog lasera u svemiru. Zasnovano na kaskadnoj tehnici post-pulsne kompresije na teravatnoj skali, kratkotalasni infracrveni vrtložni impulsni impuls na skali teravata po prvi put je ostvaren bez uništavanja strukture vrtložne faze. Ovaj program može pružiti tehničku podršku za nelinearne vrtložne fenomene i pružiti osnovu za proučavanje fizike ultrabrze orbitalne ugaone momenta.

Slika 3 Merenje u vremenskom domenu komprimovanog vrtložnog impulsa