استفاده از تقویت لیزر تیتانیوم_یاقوت کبود می تواند لیزرهای فوق کوتاه فوق العاده شدید را برای آزمایشات در فیزیک لیزر میدان قوی بهتر کند. این لیزرها در زمینه های مختلفی مانند فیزیک پایه، امنیت ، صنعت و مراقبت های بهداشتی مفید هستند. آنها به مطالعه فیزیک لیزر میدان قوی، منابع تابش، شتاب ذرات و الکترودینامیک کوانتومی خلاء کمک می کنند.
تکامل قدرت فناوری لیزر
با گذشت زمان، قدرت لیزر و فناوری به طور قابل توجهی بهبود یافته است. به عنوان مثال، اوج قدرت لیزر از ۱ پتاوات در سال ۱۹۹۶ (“Nova”) به ۱۰ پتاوات در سال ۲۰۱۷ (“تاسیسات لیزر فوق سریع شانگهای” یا SULF) و سال ۲۰۱۹ (“زیرساخت نور شدید – فیزیک هسته‌ای” یا ELIP) افزایش یافت. ). این افزایش به این دلیل است که لیزرهای با دیافراگم بزرگ از استفاده از “شیشه دوپ شده با نئودیمیم” به “کریستال تیتانیوم_یاقوت کبود” تغییر کردند، که منجر به مدت زمان پالس کوتاه‌تر، از حدود ۵۰۰ فمتوثانیه (fs) به حدود ۲۵ fs شد.
محدودیت ها و نوآوری ها در فناوری لیزر
علی‌رغم این پیشرفت‌ها، به نظر می‌رسد که لیزرهای فوق‌کوتاه فوق‌شدید تیتانیوم_یاقوت کبود حداکثر ۱۰ پتاوات دارند. هنگامی که برنامه‌ریزی می‌شود از ۱۰ به ۱۰۰ پتاوات برود، محققان معمولاً به دلیل محدودیت‌هایی که دارد، از فناوری تقویت پالس چیرپ تیتانیوم_یاقوت کبود دور می‌شوند. در عوض، آنها از فناوری تقویت پالس چیرپ پارامتریک نوری استفاده می‌کنند که بر کریستال‌های غیرخطی دی هیدروژن فسفات پتاسیم دوتره شده تکیه دارد. با این حال، این جایگزین دارای چالش هایی مانند راندمان تبدیل پمپ به سیگنال پایین و انرژی فضایی-زمانی-طیفی ناپایدار است که کار لیزرهای ۱۰-۱۰۰ پتاوات آینده را دشوار می کند.
چالش های تیتانیوم_کریستال های یاقوت کبود
محققان با چالش‌هایی با کریستال‌های تیتانیوم_یاقوت کبود، به ویژه با لیزر انگلی عرضی مواجه شده‌اند. آنها با کاشی کاری چندین کریستال تیتانیوم_یاقوت کبود به طور منسجم راه حلی نوآورانه پیدا کردند. این پیشرفت از حد ۱۰ پتاوات فراتر می رود، قطر دهانه دیافراگم را افزایش می دهد و لیزر انگلی عرضی را در هر کریستال کاشی کاهش می دهد. این موفقیت در یک سیستم لیزری ۱۰۰ تراواتی نشان داده شد که تقویت لیزر تقریبا ایده آل را با راندمان بالا، انرژی های پایدار، طیف گسترده، پالس های کوتاه و نقاط کانونی کوچک نشان می دهد.
راه حل های نوآورانه و پتانسیل های آینده
Yuxin Leng، نویسنده مسئول از موسسه اپتیک و مکانیک خوب شانگهای، موفقیت تقویت لیزری تیتانیوم_یاقوت کبود را به عنوان یک روش ساده و مقرون به صرفه برای فراتر از حد مجاز ۱۰ پتاوات برجسته می کند. لنگ پیشنهاد می‌کند که استفاده از تقویت‌کننده لیزری پرانرژی تیتانیوم_یاقوت کبود ۲×۲ در تجهیزاتی مانند SULF چین یا ELI-NP اتحادیه اروپا می‌تواند قابلیت ۱۰ پتاوات فعلی را به ۴۰ پتاوات افزایش دهد، با شدت اوج متمرکز نزدیک به ۱۰ برابر افزایش یافته است. یا بیشتر. این روش نویدبخش بهبود قابلیت های تجربی لیزرهای فوق کوتاه فوق العاده شدید در فیزیک لیزر میدان قوی است.
منابع
