Alterar a velocidade de pulso do laser ultracurto superpotente

Alterar a velocidade do pulso dolaser ultracurto superpotente

Lasers super ultracurtos geralmente se referem a pulsos de laser com larguras de dezenas e centenas de femtosegundos, potência de pico de terawatts e petawatts, e cuja intensidade de luz focalizada excede 10¹⁸ W/cm². Esses lasers super ultracurtos, bem como suas fontes de radiação e partículas de alta energia, possuem ampla aplicação em diversas áreas da pesquisa básica, como física de altas energias, física de partículas, física de plasmas, física nuclear e astrofísica. Os resultados dessas pesquisas podem beneficiar indústrias de alta tecnologia, saúde, meio ambiente, energia e segurança nacional. Desde a invenção da tecnologia de amplificação de pulsos chirpados em 1985, surgiu o primeiro laser chirpado do mundo.laserEm 1996 e com a conclusão do primeiro laser de 10 watts de batimento do mundo em 2017, o foco do laser superultracurto tem sido principalmente alcançar a "luz mais intensa". Nos últimos anos, estudos têm demonstrado que, sob a condição de manutenção de pulsos de laser superultracurtos, se a velocidade de transmissão de pulsos puder ser controlada, isso pode dobrar os resultados com metade do esforço em algumas aplicações físicas, o que deverá reduzir a escala dos lasers superultracurtos.dispositivos a laser, mas aprimoram seu efeito em experimentos de física de laser de alto campo.

Distorção da frente de pulso de um laser ultracurto ultraforte
Para obter a potência máxima com energia limitada, a largura do pulso é reduzida para 20 a 30 femtosegundos, ampliando-se a largura de banda do ganho. A energia do pulso do laser ultracurto de 10 watts atual é de cerca de 300 joules, e o baixo limiar de dano da grade compressora faz com que a abertura do feixe seja geralmente maior que 300 mm. O feixe de pulso com largura de 20 a 30 femtosegundos e abertura de 300 mm é suscetível à distorção de acoplamento espaço-temporal, especialmente a distorção da frente de pulso. A Figura 1(a) mostra a separação espaço-temporal da frente de pulso e da frente de fase causada pela dispersão do feixe, sendo que a primeira apresenta uma “inclinação espaço-temporal” em relação à segunda. A segunda é a “curvatura do espaço-tempo” mais complexa causada pelo sistema de lentes. A Figura 1(b) mostra os efeitos da frente de pulso ideal, da frente de pulso inclinada e da frente de pulso curvada na distorção espaço-temporal do campo de luz no alvo. Como resultado, a intensidade da luz focalizada é bastante reduzida, o que não é favorável à aplicação de lasers super ultracurtos em campos intensos.

FIG. 1 (a) a inclinação da frente de pulso causada pelo prisma e pela grade de difração, e (b) o efeito da distorção da frente de pulso no campo de luz espaço-temporal no alvo.

Controle da velocidade de pulso de ultra-fortelaser ultracurto
Atualmente, os feixes de Bessel produzidos pela superposição cônica de ondas planas têm demonstrado valor de aplicação na física de lasers de alto campo. Se um feixe pulsado resultante da superposição cônica apresentar uma distribuição de frente de pulso axissimétrica, a intensidade geométrica central do pacote de ondas de raios X gerado, conforme ilustrado na Figura 2, pode ser superluminal constante, subluminal constante, superluminal acelerada ou subluminal desacelerada. A combinação de um espelho deformável com um modulador espacial de luz do tipo fase pode produzir formas espaço-temporais arbitrárias para a frente de pulso, resultando em velocidades de transmissão controláveis. O efeito físico descrito e sua tecnologia de modulação podem transformar a "distorção" da frente de pulso em "controle" da mesma, possibilitando a modulação da velocidade de transmissão de lasers ultracurtos e de alta potência.

FIG. 2 Os pulsos de luz (a) constante mais rápido que a luz, (b) constante subluz, (c) acelerado mais rápido que a luz e (d) desacelerado subluz gerados por superposição estão localizados no centro geométrico da região de superposição.

Embora a descoberta da distorção da frente de pulso seja anterior ao laser ultracurto, ela tem sido objeto de grande interesse juntamente com o desenvolvimento desse tipo de laser. Por muito tempo, essa distorção dificultou a realização do objetivo principal do laser ultracurto – a intensidade de luz focalizada em altíssima intensidade – e os pesquisadores têm se dedicado a suprimir ou eliminar diversas distorções da frente de pulso. Hoje, com a evolução do conceito de "distorção da frente de pulso" para "controle da frente de pulso", foi possível regular a velocidade de transmissão do laser ultracurto, abrindo novos meios e oportunidades para sua aplicação na física de lasers de alto campo.