De uitvinding van de chirped-pulsversterkingstechniek door Strickland en Mourou in 1985 heeft het piekvermogen van ultrakorte laserpulsen naar een ongekend niveau gebracht, die brede toepassingen hebben gevonden in de fundamentele wetenschap, industrie en geneeskunde. Echter, dergelijke lasers met hoog vermogen worden gewoonlijk verkregen bij de nabij-infrarode golflengte van ongeveer 0,8 micron. De uitbreiding naar de midden-infraroodband (2-20 micron) is van groot belang voor bredere toepassingen. Momenteel, het genereren van mid-infrarood laserpulsen op basis van conventionele optische technologieën wordt beperkt door de frequentiebandbreedte, energiewinst, en schadedrempel van de optische kristallen, waardoor het een uitdaging is om midden-infrarode laserpulsen met hoge intensiteit en lage cyclus te bereiken.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:Wetenschap &Toepassing , wetenschappers van de Shanghai Jiao Tong University, China en de Universiteit van Strathclyde, UK stelde een nieuw schema voor om op efficiënte wijze mid-infrarode lichtpulsen van bijna een cyclus met een paar millijoules aan energie te genereren door gebruik te maken van een plasmamedium. Dit schema maakt gebruik van twee korte-pulslasers op terawatt-niveau, aanvankelijk met een golflengte van ~0,8 micrometer, die met een bepaalde tijdvertraging invallen in een onderdens plasmakanaal. Een ervan wordt gebruikt als aandrijflaser om een ​​laserwakefield in het plasma op te wekken, die verschijnt als een paar bewegende plasmadichtheidsbubbels achter de aandrijfpuls. Een andere laserpuls als de signaalpuls co-propageert met de aandrijfpuls met een bepaalde tijdvertraging, zodat het wordt geladen op de koppositie van de tweede plasmabel. Deze signaalpuls wordt gemoduleerd door de plasmabel en zijn frequentie zal snel naar beneden worden verschoven. Na een voortplantingsafstand van ongeveer 2 millimeter, het wordt effectief omgezet in een mid-infrarode lichtpuls van bijna een cyclus met een centrale golflengte van ongeveer 5 micron, en zijn conversie-efficiëntie is zo hoog als ongeveer 30%.

"Een interessant aspect van ons schema is dat de verkregen midden-infrarood pulsparameters, inclusief pulsenergie, centrale golflengte, duur van de polsslag, drager fase, en zelfs polarisatietoestand, zijn afstembaar door de parameters van de invallende laserpuls en plasma te wijzigen, " zei Zheng-Ming Sheng, een van de hoofdauteurs van het artikel.

"Vergeleken met traditionele optische kristalmaterialen, op plasma gebaseerde optische methoden kunnen laserpulsen met extreem hoog vermogen en intensiteit ondersteunen, " voegde Su-Ming Weng toe, een andere hoofdauteur van het artikel. "Dit maakt de op plasma gebaseerde optische methode uniek in de manipulatie van ultrakorte high power lasers."

"Ons schema kan worden gerealiseerd op een lasersysteem met een herhalingssnelheid in kilohertz, waardoor een stabiele en efficiënte methode wordt geboden om midden-infrarood lichtpulsen met millijoules te genereren, relativistische intensiteit, en bijna enkele cyclus voor brede toepassingen, " zei Jie Zhang, een van de co-auteurs, de leider van het laserplasmaprogramma aan de Shanghai Jiao Tong University.