Ultrarychlý laserpro atosekundovou vědu
V současné době se attosekundové pulsy získávají převážně generací vyšších harmonických (HHG) řízených silnými poli. Podstatu jejich generování lze chápat jako ionizaci, urychlení a rekombinaci elektronů silným laserovým elektrickým polem za účelem uvolnění energie, čímž dochází k emitování attosekundových XUV pulsů.
Attosekundový výstup je proto extrémně citlivý na šířku pulzu, energii, vlnovou délku a opakovací frekvenciřídicí laser(Ultrarychlý laser): kratší šířka pulzu je výhodná pro izolaci attosekundových pulzů, vyšší energie zlepšuje ionizaci a účinnost, delší vlnová délka zvyšuje mezní energii, ale výrazně snižuje účinnost konverze a vyšší opakovací frekvence zlepšuje poměr signálu k šumu, ale je omezena energií jednoho pulzu. Různé aplikace (jako je elektronová mikroskopie, rentgenová absorpční spektroskopie, počítání koincidencí atd.) kladou různý důraz na index attosekundových pulzů, což klade diferencované a komplexní požadavky na budicí lasery. Zlepšení výkonu budicích laserů je klíčové pro použití v attosekundové vědě.
Čtyři hlavní technologické cesty ke zvýšení výkonu budicích laserů (ultrarychlý laser)
1. Vyšší energie: Navrženo k překonání nízké účinnosti konverze HHG a získání vysokokapacitních attosekundových pulzů. Technologický vývoj se posunul od tradičního zesilování cvrlikaných pulzů (CPA) k rodině optických parametrických zesilovačů, včetně optických parametrických zesilovačů cvrlikaných pulzů (OPCPA), duálně cvrlikaných OPA (DC-OPA), OPA ve frekvenční doméně (FOPA) a kvazi fázově přizpůsobených OPCPA (QPCPA). Další kombinace syntézních technik s koherentní syntézou paprsku (CBC) a zesilování s dělením pulzů (DPA) k překonání fyzikálních omezení jednokanálových zesilovačů, jako jsou tepelné efekty a nelineární poškození, a k dosažení energetického výstupu na úrovni Jouleovy energie.
2. Kratší šířka pulzu: Navrženo pro generování izolovaných attosekundových pulzů, které lze použít k analýze elektronické dynamiky, vyžadujících málo nebo dokonce subperiodické budicí pulzy a stabilní fázi obálky nosiče (CEP). Mezi hlavní technologie patří použití nelineárních postkompresních technik, jako je duté vlákno (HCF), vícevrstvá tenká vrstva (MPSC) a vícekanálová dutina (MPC), pro kompresi šířky pulzu na extrémně krátké délky. Stabilita CEP se měří pomocí interferometru f-2f a dosahuje se aktivní zpětné vazby/dopředné vazby (jako je AOFS, AOPDF) nebo pasivních plně optických mechanismů autostabilizace založených na procesech frekvenčního rozdílu.
3. Delší vlnová délka: Navrženo pro posunutí energie fotonů v attosekundách do pásma „vodního okna“ pro zobrazování biomolekul. Tři hlavní technologické cesty jsou:
Optická parametrická amplifikace (OPA) a její kaskáda: Jedná se o hlavní řešení v rozsahu vlnových délek 1-5 μm s využitím krystalů, jako jsou BiBO3 a MgO:LN; >Pro pásmo vlnových délek 5 μm jsou vyžadovány krystaly, jako jsou ZGP a LiGaS₂.
Generování diferenciální frekvence (DFG) a intrapulzní diferenciální frekvence (IPDFG): mohou poskytnout semenným zdrojům pasivní stabilitu CEP.
Technologie přímého laseru, jako jsou chalkogenidové lasery dopované přechodnými kovy Cr:ZnS/Se, je známá jako „titanový safír ve střední infračervené oblasti“ a má výhody kompaktní struktury a vysoké účinnosti.
4. Vyšší opakovací frekvence: zaměřená na zlepšení poměru signálu k šumu a efektivity sběru dat a na řešení omezení efektů prostorového náboje. Dvě hlavní cesty:
Technologie rezonančních dutin se zvýšenou rezonancí: použití vysoce přesných rezonančních dutin ke zvýšení špičkového výkonu opakujících se frekvenčních pulzů na úrovni megahertzů k řízení HHG bylo aplikováno v oblastech, jako jsou frekvenční hřebeny XUV, ale generování izolovaných attosekundových pulzů stále představuje výzvu.
Vysoká opakovací frekvence avysoce výkonný laserPřímý pohon, včetně OPCPA, vláknového CPA v kombinaci s nelineární postkompresí a tenkovrstvého oscilátoru, dosáhl generování izolovaných attosekundových pulzů s opakovací frekvencí 100 kHz.
Čas zveřejnění: 16. března 2026