Шанхайският институт по оптична механика прави нов напредък в генерирането на тераватни вихрови импулси

Наскоро Държавната ключова лаборатория по лазерна физика на силно поле към Шанхайския институт по оптика и прецизни машини (SIPM) на Китайската академия на науките (CAS) постигна нов напредък в генерирането на късовълнов инфрачервен вихров импулс с тераватов период. Изследователският екип комбинира нова техника за модулиране на оптичното поле с оптично параметрично усилване на чирпирани импулси (OPCPA), за да реализира високоенергиен вихров лазерен изход. Въз основа на техниката на каскадно тънкослойно нелинейно пост-импулсно компресиране, изходът на късовълнови инфрачервени вихрови импулси в скалата на тераватов период е реализиран за първи път. Свързаните резултати бяха публикувани като „Инфрачервен вихров лазер с няколко цикъла на терават от клас терават“ в Ultrafast Science.
Вихровата светлина е пространствено структуриран лъч със спирален вълнов фронт, който е широко използван в квантовата информация, микроскопията със супер разделителна способност и оптичните пинсети поради своето тороидално пространствено разпределение на интензитета и неговата характеристика да носи орбитален ъглов момент. В допълнение, свързването на орбиталния ъглов момент в ултра-интензивни ултракъси лазери може да осигури мощна техническа поддръжка и чисто нови експериментални средства за физика на вихрово силно поле и нелинейни вихрови явления. Вихровите лазери с периодичен мащаб с висок интензитет имат широк спектър от приложения за задвижване на вихрови лъчи от частици и вторично лъчение (напр. изолирани атосекундни оптични вихри, терагерцови вихри). Въпреки това, генерирането на ултракъси вихрови импулси с висок интензитет все още е в проучвателен етап поради трудността при поддържане на структурата на вихровата фаза за лазерно усилване и компресия.

Фиг. 1 Експериментална постановка

Фиг. 2 (a, c, e) Карти на вихрови петна от първи, втори и трети ред на усиления изход на OPCPA; (b, d, f) Фокални ивици на колонна леща на вихровия лъч.
В това проучване изследователите реализираха високоенергиен вихров лазерен изход от 1,45 μm чрез комбиниране на пространствена фазова модулация с OPCPA техника и провериха стабилността на предаване на изходния вихров лазер в пространството. Въз основа на техниката за каскадно тънкослойно компресиране след импулс, за първи път се реализира късовълнов инфрачервен вихров импулс в тераватова скала с периодична скала от 13,7 mJ/10,59 fs, без да се разрушава фазовата структура на вихъра. Тази програма може да осигури техническа поддръжка за нелинейни вихрови явления и да предостави основа за изследване на физиката на свръхбързия орбитален ъглов момент.

Фиг. 3 Измерване във времева област на компресиран вихров импулс