Das Shanghai Institute of Optical Mechanics erzielt neue Fortschritte bei der Erzeugung von Terawatt-Wirbelimpulsen

Kürzlich hat das State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics am Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) neue Fortschritte bei der Erzeugung kurzwelliger Infrarot-Wirbelimpulse im Terawatt-Zeitraum erzielt. Das Forschungsteam kombinierte eine neuartige optische Feldmodulationstechnik mit optischer parametrischer Chirped-Puls-Verstärkung (OPCPA), um eine hochenergetische Wirbellaserausgabe zu realisieren. Basierend auf der kaskadierten nichtlinearen Dünnschicht-Postpulskompressionstechnik wurde erstmals die Ausgabe kurzwelliger Infrarot-Wirbelimpulse im Terawatt-Periodenmaßstab realisiert. Die entsprechenden Ergebnisse wurden als „Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrarot Vortex Laser“ in Ultrafast Science veröffentlicht.
Vortex-Licht ist ein räumlich strukturierter Strahl mit einer spiralförmigen Wellenfront, der aufgrund seiner toroidalen räumlichen Intensitätsverteilung und seiner Eigenschaft, einen Bahndrehimpuls zu übertragen, in der Quanteninformation, hochauflösenden Mikroskopie und optischen Pinzetten weit verbreitet ist. Darüber hinaus kann die Einkopplung des Bahndrehimpulses in ultraintensive Ultrakurzlaser leistungsstarke technische Unterstützung und völlig neue experimentelle Mittel für die Wirbel-Starkfeldphysik und nichtlineare Wirbelphänomene bieten. Wirbellaser mit hoher Intensitätsperiodenskala haben ein breites Anwendungsspektrum beim Antrieb von Wirbelpartikelstrahlen und Sekundärstrahlung (z. B. isolierte optische Attosekundenwirbel, Terahertzwirbel). Die Erzeugung hochintensiver ultrakurzer Wirbelimpulse befindet sich jedoch noch im Forschungsstadium, da es schwierig ist, die Wirbelphasenstruktur für die Laserverstärkung und -komprimierung aufrechtzuerhalten.

Abb. 1 Versuchsaufbau

Abb. 2 (a, c, e) Wirbelpunktkarten erster, zweiter und dritter Ordnung der verstärkten Ausgabe von OPCPA; (b, d, f) Säulenlinsen-Brennstreifen des Wirbelstrahls.
In dieser Studie realisierten die Forscher durch die Kombination räumlicher Phasenmodulation mit der OPCPA-Technik eine hochenergetische Wirbellaserleistung von 1,45 μm und überprüften die Übertragungsstabilität des Ausgangswirbellasers im Weltraum. Basierend auf der kaskadierten Dünnschicht-Postpulskompressionstechnik wird erstmals eine kurzwellige Infrarot-Wirbelimpulsleistung im Terawatt-Maßstab mit einer Leistung von 13,7 mJ/10,59 fs realisiert, ohne die Wirbelphasenstruktur zu zerstören. Dieses Programm kann technische Unterstützung für nichtlineare Wirbelphänomene bieten und eine Grundlage für das Studium der ultraschnellen Bahndrehimpulsphysik bieten.

Abb. 3 Zeitbereichsmessung eines komprimierten Wirbelimpulses