Звышхуткі лазердля атасекунднай навукі
У цяперашні час атасекундныя імпульсы ў асноўным атрымліваюцца шляхам генерацыі гармонік высокага парадку (ГВПП), якая выклікаецца моцнымі палямі. Сутнасць іх генерацыі можна зразумець як іанізацыю, паскарэнне і рэкамбінацыю электронаў моцным лазерным электрычным полем з вызваленнем энергіі, тым самым выпраменьваючы атасекундныя імпульсы экстрэмальнага ультрафіялетавага выпраменьвання.
Такім чынам, атасекундны выхад надзвычай адчувальны да шырыні імпульсу, энергіі, даўжыні хвалі і частаты паўтарэння.кіравальны лазер(Звышхуткі лазер): карацейшая шырыня імпульсу карысная для ізаляцыі атасекундных імпульсаў, больш высокая энергія паляпшае іанізацыю і эфектыўнасць, большая даўжыня хвалі павялічвае энергію адсячэння, але значна зніжае эфектыўнасць пераўтварэння, а больш высокая частата паўтарэння паляпшае суадносіны сігнал/шум, але абмежаваная энергіяй аднаго імпульсу. Розныя прымяненні (напрыклад, электронная мікраскапія, рэнтгенаўская абсарбцыйная спектраскапія, падлік супадзенняў і г.д.) маюць розныя акцэнты на індэксе атасекунднага імпульсу, што вылучае дыферэнцыяваныя і ўсеабдымныя патрабаванні да кіравальных лазераў. Паляпшэнне прадукцыйнасці кіравальных лазераў мае вырашальнае значэнне для выкарыстання ў атасекунднай навуцы.
Чатыры асноўныя тэхналагічныя шляхі павышэння прадукцыйнасці кіравальных лазераў (звышхуткі лазер)
1. Больш высокая энергія: прызначана для пераадолення нізкай эфектыўнасці пераўтварэння ГВЧ і атрымання высокапрадукцыйных атасекундных імпульсаў. Тэхналагічная эвалюцыя зрушылася ад традыцыйнага ўзмацнення імпульсаў з чырпаваннем (CPA) да сямейства аптычных параметрычных узмацненняў, уключаючы аптычнае параметрычнае ўзмацненне імпульсаў з чырпаваннем (OPCPA), двайное ўзмацненне імпульсаў з чырпаваннем (DC-OPA), узмацненне імпульсаў у частотнай вобласці (FOPA) і квазіфазавае ўзгадненне OPCPA (QPCPA). Далейшае спалучэнне метадаў сінтэзу кагерэнтнага прамяня (CBC) і ўзмацнення з падзелам імпульсаў (DPA) для пераадолення фізічных абмежаванняў аднаканальных узмацняльнікаў, такіх як цеплавыя эфекты і нелінейныя пашкоджанні, і дасягнення выхадной энергіі на ўзроўні Джоўля.
2. Меншая шырыня імпульсу: прызначана для генерацыі ізаляваных атасекундных імпульсаў, якія можна выкарыстоўваць для аналізу электроннай дынамікі, патрабуючы невялікай колькасці або нават субперыядычных імпульсаў кіравання і стабільнай фазы абалонкі носьбіта (CEP). Асноўныя тэхналогіі ўключаюць выкарыстанне нелінейных метадаў посткампрэсіі, такіх як полыя валакна (HCF), шматтонкія плёнкі (MPSC) і шматканальныя рэзанатары (MPC), для сціскання шырыні імпульсу да надзвычай кароткіх даўжынь. Стабільнасць CEP вымяраецца з дапамогай інтэрферометра f-2f і дасягаецца праз актыўную зваротную сувязь/прамое злучэнне (напрыклад, AOFS, AOPDF) або пасіўныя цалкам аптычныя механізмы самастабілізацыі, заснаваныя на працэсах рознасці частот.
3. Большая даўжыня хвалі: прызначана для перанакіравання энергіі атасекундных фатонаў у дыяпазон «вадзянога акна» для візуалізацыі біямалекул. Тры асноўныя тэхналагічныя шляхі:
Аптычнае параметрычнае ўзмацненне (OPA) і яго каскад: гэта асноўнае рашэнне ў дыяпазоне даўжынь хваль 1-5 мкм, якое выкарыстоўвае крышталі, такія як BiBO і MgO:LN; > Для дыяпазону даўжынь хваль 5 мкм патрабуюцца крышталі, такія як ZGP і LiGaS₂.
Генерацыя дыферэнцыяльнай частаты (DFG) і ўнутрыімпульсная дыферэнцыяльная частата (IPDFG): могуць забяспечыць крыніцы пачатковага ўзроўню пасіўнай стабільнасцю CEP.
Тэхналогія прамога лазернага выпраменьвання, такая як лазеры на халькагенідах з пераходнымі металамі Cr:ZnS/Se, вядомая як «тытан-сапфір сярэдняга інфрачырвонага дыяпазону» і мае перавагі кампактнай структуры і высокай эфектыўнасці.
4. Больш высокая частата паўтарэння: накіравана на паляпшэнне суадносін сігнал/шум і эфектыўнасці збору дадзеных, а таксама на ліквідацыю абмежаванняў, звязаных з эфектамі прасторавага зарада. Два асноўныя шляхі:
Тэхналогія рэзанансных рэзанатараў з палепшаным рэзанансам: выкарыстанне высокадакладных рэзанансных рэзанатараў для павышэння пікавай магутнасці паўтаральных імпульсаў частаты мегагерцавага ўзроўню для ўздзеяння высокавысокапрадукцыйнага выпраменьвання (ГВГ) ужываецца ў такіх галінах, як грабянцы экстрэмальнай ультрафіялетавай ультрафіялетавай дыфракцыі (ЭУФ), але генерацыя ізаляваных атасекундных імпульсаў усё яшчэ стварае праблемы.
Высокая частата паўтарэння імагутны лазерПрамы прывад, у тым ліку OPCPA, валаконны CPA ў спалучэнні з нелінейным пост-сцісканнем і тонкаплёнкавы генератар, дазволіў дасягнуць генерацыі ізаляваных атасекундных імпульсаў з частатой паўтарэння 100 кГц.
Час публікацыі: 16 сакавіка 2026 г.